EP1731722B1 - Nockenwellenversteller mit Schwenkmotorrotor mit verringerter Leckage - Google Patents
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- EP1731722B1 EP1731722B1 EP06111802A EP06111802A EP1731722B1 EP 1731722 B1 EP1731722 B1 EP 1731722B1 EP 06111802 A EP06111802 A EP 06111802A EP 06111802 A EP06111802 A EP 06111802A EP 1731722 B1 EP1731722 B1 EP 1731722B1
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- F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
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- F01L2001/34479—Sealing of phaser devices
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Definitions
- the present invention relates to a camshaft adjuster, which can adjust the camshafts of an internal combustion engine with respect to another shaft, such as the crankshaft, hydraulically adjustable according to a swing motor principle.
- the hydraulic medium is brought into the various hydraulic areas via channels.
- channels for example, the applicant Kanal arrangementswege are known in which individual channel sections are first performed along in the camshaft itself and are passed in a range of camshaft passage of the camshaft adjuster to the camshaft adjuster. The channels then lead in sections inside the rotor inside, completely enclosed by one and the same rotor material to the individual hydraulic areas.
- channels in the rotors of camshaft adjusters can be designed so wide and so deep that in the channels additional components are to be used, so that, for example, a sliding member optional individual channel sections of the rotor, in particular as a function of the pressure of the hydraulic fluid release can.
- Different diameter thicknesses for rotors are the US 2005/0034693 A1 which shows that a rotor is designed in the middle region with a thinner diameter, so that a shim is inserted, which is a fixed connection as a connecting element in a camshaft connected to the rotor in a locally fixed manner.
- Such balancing plates are to tune camshafts and camshaft adjusters, which do not actually fit together, in their duct guide.
- the camshaft adjusters with rotors whose channels run completely inside the rotor, are often equipped with round bored elongated channels.
- the round cross-sectional shape of the channel calls for a larger bore diameter at the same pressure drops as the channel shape shown above.
- the channel shape can produce a greater pressure drop, which is undesirable because the channel pressure drops also have a negative impact on the hydraulic efficiency.
- channel section is to be understood as meaning also areas of a channel, which may also comprise the entire single channel length of a channel.
- a camshaft phaser operating on the swing motor principle typically includes a stator and a rotor.
- the movement of the pivot motor-like camshaft adjuster can thus be referred to as angular movement.
- the stator is the outer shell, which can consist of several parts. Inside the stator there is at least one web pointing towards the center of the stator. On the bridge to and from the bridge away, a wing can move radially.
- Most known camshaft adjusters have numerous webs, such as 5, which are distributed, like evenly distributed over the circumference of the substantially circular stator, and all point to the center of the camshaft adjuster, between which a number, usually the same Number of blades of the rotor go back and forth.
- the camshaft adjuster is like a flat disc, to which there are two flat sides. Accordingly, the rotor is designed similarly, he also has two flat sides. Between the blades of the rotor and the corresponding bars or the stator form opposite hydraulic areas to which the hydraulic medium can pass through channels. At least one of the channels is partially formed by the rotor.
- the rotor itself is created as a composite system of at least two components. One of the components is a cover. Another component of the composite system may be referred to as a rotor core. The cover is placed on the rotor. Rotor core and cover can be considered as a layered layer structure sandwiching from the side. The shorter, circumferential side of the rotor core reaches up to the much flatter cover in comparison.
- the cover rests on the round surface of the rotor core. In this case, it can also extend partially into a channel. It can also be said that the second component is inserted in the first component. Mainly there is some kind of contact between the cover and the rotor core. A line contact can be advantageous. Even more advantageous may be a multiple line touch. The touch should be formed parallel to one side.
- the two components form a covered channel section. It is also conceivable that the cover along the channel section to be covered has a horseshoe-shaped or U-shaped piece, so that the vertical walls, which are at a 90 ° angle to the flat sides, are formed by two components of the composite system of the rotor. These are the side walls of the channel core running in the rotor core and the side walls of the corresponding cover.
- covers exist at the points of the rotor at which a touch contact between a stationary part and a moving part of the camshaft adjuster, which also includes the attachments such as camshaft, trigger wheel or cover of the Camshaft adjuster are understood to be given.
- the central bolt leadthrough is the point at which the central, central screw responsible for fixing the camshaft adjuster to the camshaft leads into the camshaft adjuster.
- the passages in the phaser need to introduce the hydraulic medium, such as oil, from the hydraulic areas to the oil passages originating from another area of the drive motor.
- An advantageous channel guide is that the oil supply passes centrally piecewise over the camshaft, is transferred from the camshaft to the channels in the camshaft adjuster, and from the centrally located central oil supply star point on a very short path, especially a straight line, enters the hydraulic areas ,
- the pivot points in the camshaft adjuster can be centrally covered by a single contiguous cover.
- a particularly favorable central cover is for example a circular ring.
- Pressure losses in the channels can result from the fact that the channels have numerous branches and deflections. In contrast, the pressure losses are reduced if, as far as possible branching and curvilinear of the central axial flow, the channels reach sufficiently broad across the flat sides of the rotor reach the hydraulic areas.
- covers float freely in the areas of the channels they are intended to cover. With increasing pressure of the hydraulic medium, the covers are pressed away from the rotor core to the outside. The greater the risk of leakage due to an increase in pressure, the more dense the critical torsionally loaded areas in the camshaft locked.
- a Kreisringnut is provided in the rotor circuit, in which the cover ring formed as a circular groove can be inserted.
- the rotor core and its corresponding side cover which covers only a part of the rotor core, form a uniform surface.
- the seals can advantageously be made of plastic, in particular highly resistant plastic.
- the rotor core can be supported by the choice of material stored on the camshaft favorably the desired mileages, while the seals can develop due to their plastic property particularly advantageous sealing properties.
- the corresponding manufacturing method for creating a camshaft adjuster comprises the steps of creating a rotor core, inserting a corresponding cover and the formation of the entire composite system in the stator housing.
- the channels open to the surface in the rotor cores can be created simultaneously during the sintering process.
- the channels are introduced, for example by milling or embossing.
- FIG. 1 and FIG. 2 in perspective and lateral view represent an open camshaft adjuster
- FIG. 3 a longitudinal section of a camshaft adjuster according to the invention, mounted on a camshaft,
- FIG. 4 a first embodiment of a rotor according to the invention represents
- FIG. 5 shows a second embodiment of a rotor according to the invention
- FIG. 6 shows a third embodiment of a rotor according to the invention
- FIG. 7 shows a fourth exemplary embodiment of a rotor according to the invention
- FIG. 8 shows a fifth exemplary embodiment of a rotor according to the invention
- FIG. 9 represents a sixth embodiment of a rotor according to the invention
- FIG. 10 a perspective view of a rotor according to the invention.
- FIG. 11 represents a camshaft adjuster of the in-house state of the art.
- FIG. 1 and FIG. 2 show an open camshaft adjuster 1 in a general representation.
- the stator 3 is a rotor 5, the wing 11 is mounted between individual webs 7, 9 movable back and forth by hydraulic pressure.
- the one side of the stator 3 may optionally have a sprocket 51.
- the illustrations of the camshaft adjuster are connected to an open stator of the stator housing 73 in the FIGS. 1 and 2 displayed.
- the stator housing 73 may be integrally formed as a tub with integrated sprocket 51 or in the form of a receiving ring, which is covered on one side by the sprocket 51.
- the rotor 5 may be formed centrally with a recess for a fastening means of the rotor to the aborted shaft, in the representation is a central screw guide 57.
- the disc-like components of the camshaft adjuster can be held together by distributed over their circumference countersunk screws passing through the web drill holes 53 in the webs 7, 9 can reach the other side of the stator 73.
- seals can be attached to different ones Positions of the camshaft adjuster 1 are inserted to seal in operation the hydraulic fluids of the first hydraulic portion 17 or the second hydraulic portion 19 from the environment.
- stator seal 55 arranged in the edge area of the stator 3 and ring-shaped ridge bore hole seals 59 are drawn around the ridge boring holes 53.
- the stator housing 73 encloses not only the rotor 5 but also the various hydraulic areas 17, 19.
- the camshaft 67 is used, inter alia, via a first groove 69 and a second groove 71 via first and second inflow passages 63 extending in the camshaft, 65 to bring the pressurized hydraulic fluid via a first and a second channel 21, 23 to the hydraulic portions 17, 19. That in the FIG.
- the 3 shown multi-stage stator housing 73 is closed by the designed as a lid sprocket 51, which sits on the camshaft side so that the camshaft 67 in the camshaft passage 37 to the rotor 5 passing through the central screw 61, which is the rotor 5 through the central screw passage engaging in the end the camshaft 67 screwed a positive connection between the camshaft 67 and which produces a flat side of the rotor.
- the central screw guide is provided with a larger diameter than the shank diameter of the central screw 61, so that the central screw 61 so to speak oil stored by the hydraulic medium flows around in the oil difference 43 used as a difference in diameter part of the oil passage to one of the flat Pages can lead.
- the second component 27 is at least partially insertable into the first component 25 so that only a few holes through the channel guide of the first and second channel 21, 23 resulting openings interrupted first and second flat side 13, 15 of the rotor 5 results.
- the flat sides 13, 15 of the rotor 5 strip at contact lines, which may also be individual channel sections 33, past stator side walls 49, in particular stator side inner walls.
- FIGS. 4 . 5 . 6 . 7 . 8th and 9 removable.
- FIG. 4 enters the oil supply 43 in the partial region of the central screw 57 from the center of the rotor 5 starting radially, straight in the direction of the wings 11 outwardly striving along the first flat side 13 of the rotor 5 to the expansions between the wings 11.
- the in the edge regions of the rotor 5 guided channel 21 opens at the arcuate connecting portions between the blades of the rotor.
- the channel 21 ends at the Studentsstreifungs- or adjustment angle offset from the channel 23, which can be located on the rear side, the second flat side 15 of the rotor 5, the other hydraulic area.
- the rotor 5 after FIG. 5 is substantially similar to the rotor 5 of FIG. 4 designed. Both Rotors 5 have wings 11 as hammer-like wings with extended sealing lengths at their radially outer wing ends. However, the rotors 5 of the differ FIG. 4 and the FIG. 5 in the manner of the cover 29 or in the interaction between covers 29 and the channels 21.
- FIGS. 4 . 5 show in a three-dimensional representation of the one planar side 13 of the rotor 5, while the offset by the angle of rotation of the rotor 5 channel 23 is only hinted at the rear, opposite, second flat side 15 visible through its channel end.
- Both channels 21, 23 run in the edge regions of the rotor core 31.
- the channels 21, 23 have on the side facing the rotor inner region, semicircular channel bottom portions which open into mutually parallel longitudinal walls.
- the oil supply 43 is enveloping along the central screw guide 57, to diverge radially at the end of the central screw guide star-shaped in the channels 21 pointing.
- the execution of the covers 29 in the same number as the number of channels is advantageous when it comes to material savings desires, because only the critical, particularly leakage-prone areas are sealed.
- FIG. 6 and FIG. 7 are again very similar to each other.
- FIG. 7 shows the pressure-responsive, position-adjustable cover 29 lifting off the channel bottom upon pressurization of the hydraulic medium
- FIG. 6 the cover 29 is fixed in position to the comprehensive rotor core 31 of the rotor 5.
- the cover 29 is in one piece. It spans all channels 21 and is interconnected by a composite ring in the center of the individual channel covers.
- the one-piece cover 29 after FIG. 6 and FIG. 7 is advantageous if the lowest possible production cost is desired, because with a single operation all channels 21 are completely covered.
- the cover 29 after FIG. 8 and FIG. 9 is in its shape a circular ring 45 which lies in a Kreisringnut 47 which extends over the uncovered surface of the one side 13 of the rotor core 31 circumferentially in the vicinity of the wings 11. Only individual sections of the channels 21 are covered.
- the rotor 5 after FIG. 8 is equipped with a fitting cover 29, while the rotor 5 after FIG. 9 equipped with a flexible, movable cover 29.
- the cover 29 spans channel portion 33 of the channel 23, which is at a different radius, for. B.
- the larger radius is, as the cover 29 on the first side 13 of the rotor 5.
- the ⁇ lzuGermankanäle are outside, radially on the wings 11 of the rotor core 31 incoming compared to the central oil supply 43 of the first side 13 of the rotor 5.
- Die Circular ring 45 designed cover 29 has Sectioningpartsparnissentn the same diameter and the same radius as the circular ring cover the FIG. 8 or 9 ,
- FIG. 11 is a camshaft adjuster 1 of the in-house type with a stator 3 and a rotor 5 shown screwed by a centrally extending central screw 61 on a camshaft 67, the rotor 5 via the head of the central screw 61 oil-tight against the first and second inflow channel 63, 65 presses ,
- the central screw leadthrough 39 is provided, on the other side 15 of the rotor 5, the side facing away from the central screw leadthrough 39 side 13, a camshaft bushing 37 is present.
- the stator 3 is composed of the components integrated sprocket 51 and stator 73 together in several parts.
- the rotor 5 strips at its angular rotations past the stator side wall 49.
- the oil feed 43 which runs around the central screw 61, passes via channels, which are completely internal in the present embodiment, to the hydraulic areas 17 or 19, the hydraulic medium zoom.
- the hydraulic medium is passed through the two grooves 69, 71, which is located in the camshaft 67, to the camshaft adjuster 1 through the camshaft 67.
- the in the FIGS. 4 to 9 shown channel guide can also be with one of the two in FIG. 11 represented channels in a rotor core 31 occur together.
- the above-described invention may also be referred to in other words as a floating seal for rotor channels, the sealing in the longitudinal surfaces of the rotor Druckschzu brieflykanäle in operation over the rotary joints of the rotor connections sealing and flooding, minimizing leakage with respect to the parallel to the rotor cavities in the engine area.
- the invention is characterized in one aspect mainly by the fact that with increasing pressure, so usually at higher speeds of the oil pump of the internal combustion engine, the sealing function continues to increase and thereby the leakage is reduced.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller, der hydraulisch verstellbar nach einem Schwenkmotorprinzip die Nockenwellen einer Verbrennungskraftmaschine gegenüber einer weiteren Welle, wie zum Beispiel der Kurbelwelle, verstellen kann.
- Es gibt zahlreiche unterschiedliche Typen Nockenwellenversteller, der zum Anmeldezeitpunkt am häufigsten eingesetzte Verstellertyp ist derjenige, der nach dem Schwenkmotorprinzip arbeitet. Zwei zueinander relativbewegliche Räder, ein Stator und ein Rotor, die koaxial liegen, bilden zusammen Hydraulikkammern, von denen wenigstens zwei Kammern zueinander gegenläufig sind. Mit dem Anwachsen der einen Kammer wird die an den Rotor durch eine Zentralschraube befestigte Nockenwelle, wobei andere Befestigungsarten ebenfalls bekannt sind, Richtung früh, einem früheren Öffnungszeitpunkt der Gaswechselventile, verstellt, während mit dem Anwachsen der gegenläufigen, anderen Hydraulikkammer die Nockenwelle gegenüber der anderen Welle Richtung spät, einem späteren Gaswechselventilöffnungszeitpunkt, verstellt. Die als Hydraulikkammern bezeichneten Bereiche können vereinfacht auch als Hydraulikbereiche bezeichnet werden. Das Hydraulikmedium wird in die diversen Hydraulikbereiche über Kanäle gebracht. Hierbei sind zum Beispiel der Anmelderin Kanalführungswege bekannt, bei denen einzelne Kanalabschnitte zunächst in der Nockenwelle selber entlang geführt sind und in einem Bereich einer Nockenwellendurchführung des Nockenwellenverstellers an den Nockenwellenversteller übergeben werden. Die Kanäle führen danach abschnittsweise im Rotor innenliegend, vollständig von ein und dem gleichen Rotormaterial umschlossen zu den einzelnen Hydraulikbereichen.
- Aus der
US 6439183 B (DENSO CORPORATION) 01.10.2001 , in dieser vor allem dieFiguren 3 ,5 und6 , sind rotorgeführte Hydraulikkanalabschnitte bekannt, die sämtlich an der Rotoroberfläche verlaufend von der Statorinnenwand abgedeckt Verbindungen zu den Hydraulikbereichen ermöglichen. Rotoren von Nockenwellenverstellern, die so ähnlich aussehen wie in der Druckschrift beschrieben, scheinen durch ein Abschneiden entlängs der flächigen Seiten des späteren Rotors aus einem Strangpressprofil zu entstammen, wobei die Kanäle in die flächigen Seiten des Rotors Fräsenderweise eingebracht werden. Untersuchungen an so gefertigten Nockenwellenverstellern führten vor allem im Volllastbereich zu hohen Leckagen des Hydraulikmediums, wie zum Beispiel eines Motorenöls. Damit wird unnötig Energie der Verbrennungskraftmaschine verbraucht, um das in die Ölwanne entweichende Motorenöl wieder in die Hydraulikkammern zurückzupumpen. Bei Untersuchungen zeigten sich Leckageraten von einem Liter bei einem Betriebsdruck von 3 bar. Insbesondere beim Heißleerlauf zeigt sich ein solcher Versteller als die Hauptstelle für Ölleckage. - Daneben ist die Schutzrechtsfamilie mit den Mitgliedern
US 6363897 B (INA WÄLZLAGER SCHAEFFLER OHG) 24.12.2000 undDE 19962981 A (INA WÄLZLAGER SCHAEFFLER OHG) 24.12.1999 bekannt, die in ihrer zweiten Ausführungsform eine Kreisringdichtscheibe verwendet, um den Innenraum innerhalb des Stators abzudichten. Die Dichtungen liegen in den Außenwänden des Verstellers. Die Durchbrechungen in den Außenwänden des Nockenwellenverstellers werden gegenüber den rotierenden Teilen durch die in den Wänden vorhandenen Leckagedichtungen abgedichtet. - Aus den beiden Druckschriften
US 2002/0139334 A1 undEP 1 008 729 B1 ist entnehmbar, dass Kanäle in den Rotoren von Nockenwellenverstellern so breit und so tief ausgelegt werden können, dass in den Kanälen noch zusätzliche Bauteile einzusetzen sind, so dass zum Beispiel ein Schiebeglied wahlweise einzelne Kanalabschnitte des Rotors, insbesondere in Abhängigkeit des Drucks des Hydraulikmittels, freigeben kann. Unterschiedliche Durchmesserdicken für Rotoren sind derUS 2005/0034693 A1 zu entnehmen, die zeigt, dass ein Rotor im mittleren Bereich mit einem dünneren Durchmesser ausgelegt wird, damit eine Unterlegplatte eingelegt wird, die als Anschlusselement an einer mit dem Rotor in örtlich fixierter Art und Weise angeschlossenen Nockenwelle eine feste Verbindung darstellt. Solche Ausgleichsplatten sollen Nockenwellen und Nockenwellenversteller, die eigentlich nicht zusammenpassen, in ihrer Kanalführung aufeinander abstimmen. - Die Nockenwellenversteller mit Rotoren, deren Kanäle vollständig im Inneren des Rotors verlaufen, werden häufig mit rundgebohrten länglichen Kanälen ausgestattet. Die runde Querschnittsform des Kanals verlangt nach einem größeren Bohrdurchmesser bei gleichen Druckabfällen wie die zuvor dargestellte Kanalform. Die Kanalform kann einen stärkeren Druckabfall erzeugen, was unerwünscht ist, weil auch die Kanaldruckabfälle negativen Einfluss auf den hydraulischen Wirkungsgrad haben.
- In Kenntnis der Nachteile des einen Rotortyps und des anderen Rotortyps begaben sich die Erfinder auf die Suche, einen Nockenwellenversteller einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die die Nachteile der beiden bekannten Nockenwellenverstellern reduzieren. Hierbei wurden zahlreiche Kanalgestaltungen untersucht. Unter anderem wurden einzelne Kanalabschnitte eines Kanals betrachtet, um eine abschnittsweise Optimierung zu ermöglichen. Hierbei ist Kanalabschnitt so zu verstehen, dass damit auch Bereiche eines Kanals gemeint sind, die auch die gesamte einzelne Kanallänge eines Kanals umfassen können.
- Die erkannten Schwierigkeiten werden wenigstens teilweise durch einen Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 überwunden. Eine geeignete Herstellungsmöglichkeit ist dem Anspruch 9 entnehmbar. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
- Ein Nockenwellenversteller, der nach dem Schwenkmotorprinzip arbeitet, das bedeutet, sich in einem gewissen Winkel vor- und zurückbewegen kann, umfasst in der Regel einen Stator und einen Rotor. Die Bewegung des schwenkmotorartigen Nockenwellenverstellers kann somit als Winkelbewegung bezeichnet werden. Der Stator ist die äußere Hülle, die aus mehreren Teilen bestehen kann. Im Inneren des Stators gibt es wenigstens einen auf das Zentrum des Stators weisenden Steg. Auf den Steg zu und von dem Steg weg kann sich ein Flügel radial bewegen. Die meisten bekannten Nockenwellenversteller weisen zahlreiche Stege auf, so zum Beispiel 5, die verteilt, gerne auch gleichmäßig verteilt, über den Umfang des im wesentlichen kreisrunden Stators liegen, und alle auf das Zentrum des Nockenwellenverstellers weisen, zwischen denen eine Anzahl, in der Regel gleiche Anzahl an Flügeln des Rotors hin- und herlaufen. Der Nockenwellenversteller ist wie eine flache Scheibe, zu dem es zwei flache Seiten gibt. Dementsprechend ist auch der Rotor ähnlich ausgelegt, er hat auch zwei flache Seiten. Zwischen den Flügeln des Rotors und den entsprechenden Stegen beziehungsweise dem Stator bilden sich gegenläufige Hydraulikbereiche, zu denen das Hydraulikmedium über Kanäle gelangen kann. Wenigstens einer der Kanäle wird teilweise durch den Rotor gebildet. Der Rotor selber ist als Verbundsystem aus wenigstens zwei Komponenten geschaffen. Eine der Komponenten ist eine Abdeckung. Eine andere Komponente des Verbundsystems kann als Rotorkern bezeichnet werden. Die Abdeckung wird auf den Rotor gelegt. Rotorkern und Abdeckung können als geschichteter Flächenaufbau betrachtet werden, die von der Seite sandwichartig wirken. Die kürzere, umlaufende Seite des Rotorkerns reicht bis an die im Vergleich deutlich flachere Abdeckung heran. Die Abdeckung ruht auf der Rundfläche des Rotorkerns. Hierbei kann sie auch teilweise in einen Kanal hineinreichen. Man kann auch sagen, die zweite Komponente ist in die erste Komponente eingelegt. Hauptsächlich ist eine wie auch immer geartete Berührung zwischen der Abdeckung und dem Rotorkern. Vorteilhaft kann eine Linienberührung sein. Noch vorteilhafter kann eine mehrfache Linienberührung sein. Die Berührung sollte parallel zu einer Seite gebildet werden. Durch die beiden Komponenten wird ein überdeckter Kanalabschnitt gebildet. Auch ist vorstellbar, dass die Abdeckung entlang des zu überdeckenden Kanalabschnitts ein hufeisenförmiges oder U-profilförmiges Stück hat, so dass die senkrechten Wände, die in einem 90° Winkel zu den flächigen Seiten liegen, durch zwei Komponenten des Verbundsystems des Rotors gebildet werden. Das sind die Seitenwände des im Rotorkern verlaufenden Kanalabschnitts und die Seitenwände der entsprechenden Abdeckung.
- Bei ähnlichen Kanalführungen auf beiden flächigen Seiten des Rotors können auch entsprechende Abdeckungen für beide Seiten des Rotorkerns geschaffen werden. Hierbei hängt von der konkreten Kanalführung ab, ob die Abdeckungen zueinander identisch sind, oder ob unterschiedliche Abdeckungen verwendet werden.
- Besonders günstig ist es, wenn Abdeckungen an den Stellen des Rotors existieren, an denen ein Berührungskontakt zwischen einem ortsfesten Teil und einem Bewegungsteil des Nockenwellenverstellers, wobei hierzu auch die Anbauteile wie Nockenwelle, Triggerrad oder Deckel des Nockenwellenverstellers verstanden werden, gegeben sind. Nach einer Ausführungsform gibt es einen Berührungskontakt an der Nockenwellendurchführung. Das ist die Stelle, an der die Nockenwelle in den Nockenwellenversteller hineinragt. Nach einem anderen Aspekt der Erfindung liegt ein Berührungskontakt der Abdeckung an der Zentralschraubendurchführung vor. Die Zentralschraubendurchführung ist die Stelle, an der die für die Fixierung des Nockenwellenverstellers an die Nockenwelle zuständige, zentral, mittig liegende Schraube in den Nockenwellenversteller führt.
- Die Kanäle in dem Nockenwellenversteller müssen das Hydraulikmedium, wie zum Beispiel Öl, von den Hydraulikbereichen zu den Ölzuführungen, die aus einem anderen Bereich des Antriebsmotors stammen, heranführen. Eine vorteilhafte Kanalführung besteht darin, dass die Ölzuführung zentral stückweise über die Nockenwelle gelangt, von der Nockenwelle an die Kanäle im Nockenwellenversteller übergeben wird, und von der mittig gelegenen zentralen Ölzuführung sternpunktartig auf einen sehr kurzen Weg, insbesondere einer geraden Strecke, in die Hydraulikbereiche gelangt. Somit können die Drehstellen im Nockenwellenversteller durch eine einzige zusammenhängende Abdeckung zentral überdeckt werden. Eine besonders günstige zentrale Abdeckung ist zum Beispiel ein Kreisring.
- Druckverluste in den Kanälen können dadurch entstehen, dass die Kanäle zahlreiche Abzweigungen und Umlenkungen aufweisen. Im Gegensatz dazu werden die Druckverluste reduziert, wenn möglichst abzweigungs-und kurvenlos von der zentralen axialen Anströmung die Kanäle ausreichend breit ausgelegt über die flächigen Seiten des Rotors zu den Hydraulikbereichen gelangen.
- Ein weiterer vorteilhafter Aspekt besteht darin, dass die Abdeckungen frei schwimmend in den Bereichen der Kanäle, die sie abdecken sollen, lagern. Mit ansteigendem Druck des Hydraulikmediums werden die Abdeckungen vom Rotorkern weg nach außen gepresst. Je größer somit die Gefahr der Leakage aufgrund eines Druckanstiegs ist, desto dichtender werden die kritischen drehbelasteten Bereiche im Nockenweller verschlossen.
- Um insgesamt Bauraum einzusparen, wird in dem Rotorkreis eine Kreisringnut vorgesehen, in der der als Kreisnut gebildete Abdeckungsring eingelegt werden kann. Hierdurch bilden der Rotorkern und seine entsprechende seitliche Abdeckung, die nur einen Teil des Rotorkerns verdeckt, eine einheitliche Oberfläche.
- Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die geeigneten Werkstoffe ausgewählt werden. Für den Rotorkern eignet sich besonders gut gesintertes Metall, in dem während des Sinterprozess die entsprechenden Kanäle schon eingelegt werden. Die Dichtungen können vorteilhaft aus Kunststoff, insbesondere hoch widerstandsfähigem Kunststoff, hergestellt werden. Der Rotorkern kann durch die Werkstoffwahl günstig gelagert auf der Nockenwelle die gewünschten Laufleistungen überdauern, während die Dichtungen aufgrund ihrer Kunststoffeigenschaft besonders vorteilhafte dichtende Eigenschaften entwickeln können.
- Das entsprechende Herstellverfahren zur Schaffung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers umfasst die Schritte des Schaffens eines Rotorkerns, des Einlegens einer entsprechenden Abdeckung und die Bildung des gesamten Verbundsystems im Statorgehäuse. Insbesondere bei gesinterten Rotorkernen können während des Sinterprozesses die zur Oberfläche offenen Kanäle in den Rotorkernen gleichzeitig geschaffen werden. Bei der Nutzung von Strangpressprofilen wird der Rotorkern in seiner entsprechenden Dicke von dem Strangpressprofil abgelängt und innerhalb des ersten Bearbeitungsschrittes werden die Kanäle zum Beispiel durch Fräsen oder Prägen eingebracht.
- Die Erfindung kann noch besser anhand der beiliegenden Figuren verstanden werden, wobei
Figur 1 undFigur 2 in perspektivischer und seitlicher Ansicht einen geöffneten Nockenwellenversteller darstellen, -
Figur 3 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller, angebaut an einer Nockenwelle, in Längsschnitt darstellt, -
Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors darstellt, -
Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors darstellt, -
Figur 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors darstellt, -
Figur 7 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors darstellt, -
Figur 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors darstellt, -
Figur 9 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors darstellt -
Figur 10 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rotors darstellt, und -
Figur 11 einen Nockenwellenversteller des hausinternen Stands der Technik darstellt. -
Figur 1 undFigur 2 zeigen einen geöffneten Nockenwellenversteller 1 in allgemeiner Darstellung. In dem Stator 3 liegt ein Rotor 5, dessen Flügel 11 zwischen einzelnen Stegen 7, 9 durch Hydraulikdruck hin und her bewegbar gelagert ist. Die eine Seite des Stators 3 kann wahlweise noch ein Kettenrad 51 aufweisen. Die Darstellungen des Nockenwellenverstellers sind mit einem geöffneten Stator des Statorgehäuses 73 in denFiguren 1 und2 abgebildet. Das Statorgehäuse 73 kann als Wanne einstückig mit integriertem Kettenrad 51 oder mehrstückig in der Form eines Aufnahmeringes, der auf der einen Seite durch das Kettenrad 51 abgedeckt wird, geschaffen sein. Der Rotor 5 kann mittig mit einer Ausnehmung für ein Befestigungsmittel des Rotors an der abgetriebenen Welle gebildet sein, in der Darstellung handelt es sich um eine Zentralschraubenführung 57. Die scheibenartigen Bauteile des Nockenwellenverstellers können durch über Ihren Umfang verteilte Senkschrauben zusammengehalten werden, die durch die Stegbohrlöcher 53 in den Stegen 7, 9 auf die jeweils andere Seite des Statorgehäuses 73 gelangen können. Wahlweise können Dichtungen an verschiedenen Stellen des Nockenwellenverstellers 1 eingelegt werden, um im Betrieb die Hydraulikflüssigkeiten des ersten Hydraulikbereichs 17 oder des zweiten Hydraulikbereichs 19 gegenüber der Umgebung abzudichten. Beispielhaft ist eine im Randbereich des Stators 3 angeordnete umlaufende Umlaufstatordichtung 55 und ringförmige Stegbohrlochdichtungen 59 um die Stegbohrlöcher 53 liegend eingezeichnet. Der Rotor 5, der mit seinen Flügeln 11 zur Teilung der beiden Hydraulikbereiche 17, 19 ein sternförmiges Aussehen hat, hat zweiflächige Seiten 13, 15. Im Betrieb bewegen sich Stator 3 und Rotor 5 nahezu permanent, während das Öl der Hydraulikbereiche 17, 19 möglichst Kammerdicht zu- und ableitbar sein sollte. - Der in der
Figur 3 dargestellte Nockenwellenversteller 1, einen Stator 3 und Rotor 5 umfassend, ist in einer durch eine Zentralschraube 61 an die Nockenwelle 67 Darstellung abgebildet worden. Das Statorgehäuse 73 umschließt neben dem Rotor 5 auch die diversen Hydraulikbereiche 17, 19. In der dargestellten Ausführungsform wird die Nockenwelle 67 unter anderem dazu benutzt, über eine erste Nut 69 und eine zweite Nut 71 über in der Nockenwelle verlaufende erste und zweite Anströmkanäle 63, 65 das unter Druck stehende Hydraulikmedium über einen ersten und einen zweiten Kanal 21, 23 an die Hydraulikbereiche 17, 19 heranzuführen. Das in derFigur 3 dargestellte mehrstöckige Statorgehäuse 73 wird durch das als Deckel ausgeführte Kettenrad 51, das auf der Nockenwellenseite sitzt so verschlossen, dass die Nockenwelle 67 in der Nockenwellendurchführung 37 zum Rotor 5 hindurch greifend mit der Zentralschraube 61, die zum Rotor 5 durch die Zentralschraubendurchführung eingreifend in das Ende der Nockenwelle 67 geschraubt einen Kraftschluss zwischen Nockenwelle 67 und der einen flächigen Seite des Rotors herstellt. In dem geregelten Ausführungsbeispiel ist die Zentralschraubenführung mit einem größeren Durchmesser als der Schaftdurchmesser der Zentralschraube 61 versehen, damit die Zentralschraube 61 sozusagen Öl gelagert von dem Hydraulikmedium umspült in dem als Ölzuführung 43 genutzten Durchmesserunterschied ein Teil des Ölkanals zu einer der flächigen Seiten führen kann. Weitere Kanalabschnitte, wie zum Beispiel 33, verlaufen im Rotorkern 31 teilweise und überspannen Berührungskontaktstellen 35, die zwischen sich drehenden Teilen, wie zum Beispiel der Zentralschraube 61 und relativ dazu gesehenen quasi stationären Teilen wie einem Statorgehäuse 73, den Übergang des am Rande des Rotorkerns 31 verlaufenden ersten und zweiten Kanals 21, 23 vorhanden ist, gegeben sind. Die als Drehdurchführung gegebenen Bereiche 41 werden durch die zweiten Komponenten 27 des sandwichartig aufgebauten mehrschichtigen Rotors 5 dichtend, reibunempfindlich, rotationswiderstandsfähig verschlossen. Die erste Komponente 25 und die zweite Komponente 27 zusammen mit gegebenenfalls weiteren Komponenten bilden den Rotor 5. Die zweite Komponente 27 ist wenigstens teilweise so einlegbar in die erste Komponente 25, dass sich nur mit wenigen Löchern durch die Kanalführung des ersten und zweiten Kanals 21, 23 ergebende Öffnungen unterbrochene erste und zweite flächige Seite 13, 15 des Rotors 5 ergibt. Die flächigen Seiten 13, 15 des Rotors 5 streifen an Berührungslinien, die auch einzelne Kanalabschnitte 33 sein können, an Statorseitenwänden 49, insbesondere Statorseiteninnenwände, vorbei. - Sechs verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer komponentenweise aufgebauter querflächiger, großflächiger Rotorkanalführungen sind in den
Figuren 4 ,5 ,6 ,7 ,8 und9 entnehmbar. InFigur 4 gelangt die Ölzuführung 43 im Teilbereich der Zentralschraubenführung 57 von der Mitte des Rotors 5 ausgehend radial, gerade in Richtung auf die Flügel 11 auswärts strebend entlang der ersten flächigen Seite 13 des Rotors 5 an die Ausdehnungen zwischen den Flügeln 11. Der in den Randbereichen des Rotors 5 geführte Kanal 21 mündet an den kreisbogenförmigen Verbindungsabschnitten zwischen den Flügeln des Rotors. Der Kanal 21 endet um den Überstreifungs- bzw. Verstellwinkel versetzt zum Kanal 23, der auf der rückwärtigen Seite, der zweiten flächigen Seite 15 des Rotors 5 liegend, den anderen Hydraulikbereich versorgen kann. Der Rotor 5 nachFigur 5 ist im Wesentlichen ähnlich zu dem Rotor 5 derFigur 4 gestaltet. Beide Rotoren 5 weisen als Flügel 11 hammerartige Flügel mit erweiterten Dichtlängen an ihren radial außenliegenden Flügelenden auf. Jedoch unterscheiden sich die Rotoren 5 derFigur 4 und derFigur 5 in der Art der Abdeckung 29 beziehungsweise in dem Zusammenspiel zwischen Abdeckungen 29 und den Kanälen 21. Die Abdeckungen 29, die inFigur 4 undFigur 5 kleine, viereckige, vorzugsweise quadratische, Plättchen mit solchen Längen sind, wie die Berührungskontaktstellen zwischen beweglichen und statischem Teil des Nockenwellenverstellers 1 zuzüglich einem überschießenden Zusatzdichtungsabschnitt lang sind, sind in dem einen Fall passgenaue Klemmabdeckungen, die in dem Kanal 21 formschlüssig und in Presssitz in den Rotorkern 31 eingebracht sind, und in dem anderen Fall aufschwemmfähige, in Relativlage zum Rotor 5 fixierte, höhenbewegliche, unter Druck nach Außen gegen die Statorseitenwand 49 pressbare Abdeckungen 29. BeideFiguren 4 ,5 zeigen in dreidimensionaler Darstellung die eine flächige Seite 13 des Rotors 5, während der um den Verdrehwinkel des Rotors 5 versetzte Kanal 23 nur andeutungsweise auf der rückwärtigen, gegenüberliegenden, zweiten flächigen Seite 15 durch sein Kanalende sichtbar ist. Beide Kanäle 21, 23 laufen in den Randbereichen des Rotorkerns 31. Die Kanäle 21, 23 haben auf der Seite, die zum Rotorinnenbereich weist, halbrunde Kanalbodenbereiche, die in zueinander parallel verlaufenden Längswänden münden. Die Ölzuführung 43 geht umhüllend entlang der Zentralschraubenführung 57, um am Ende der Zentralschraubenführung sternförmig in die Kanäle 21 weisend radial auseinanderzulaufen. Die Ausführung der Abdeckungen 29 in der gleichen Anzahl wie die Kanalanzahl ist vorteilhaft, wenn es um Materialersparniswünsche geht, denn nur die kritischen, besonders leakagebehafteten Bereiche werden gedichtet. -
Figur 6 undFigur 7 sind wiederum sehr ähnlich zu einander.Figur 7 zeigt die druckreaktive, lageanpassbare, bei Druckbeaufschlagung des Hydraulikmediums vom Kanalboden abhebende Abdeckung 29. InFigur 6 ist die Abdeckung 29 lagefest zum umfassenden Rotorkern 31 des Rotors 5. Die Abdeckung 29 ist einstückig. Sie überspannt alle Kanäle 21 und ist durch einen Verbundring im Zentrum der Einzelkanalabdeckungen zusammenhaltend verbunden. Die einteilige Abdeckung 29 nachFigur 6 undFigur 7 ist dann vorteilhaft, wenn ein möglichst geringer Fertigungsaufwand erwünscht ist, denn mit einem Arbeitsvorgang sind alle Kanäle 21 komplett abgedeckt. - Die Abdeckung 29 nach
Figur 8 undFigur 9 ist ihrer Form nach ein Kreisring 45, der in einer Kreisringnut 47 liegt, die sich über die nicht abgedeckte Oberfläche der einen Seite 13 des Rotorkerns 31 umlaufend im Nahbereich der Flügel 11 erstreckt. Es werden nur einzelne Abschnitte der Kanäle 21 abgedeckt. Der Rotor 5 nachFigur 8 ist mit einer Passabdeckung 29 ausgestattet, während der Rotor 5 nachFigur 9 mit einer flexiblen, beweglichen Abdeckung 29 ausgestattet ist. - In der
Figur 10 ist nun die andere Seite 15 des Rotors 5 gezeigt, dessen Abdeckung 29 Kanalabschnitt 33 des Kanals 23 überspannt, die auf einem anderen Radius, z. B. größeren Radius, liegt als die Abdeckung 29 auf der ersten Seite 13 des Rotors 5. Die Ölzuführkanäle liegen außerhalb, radial auf die Flügel 11 des Rotorkerns 31 zugehend im Vergleich zu der zentralen Ölzuführung 43 der ersten Seite 13 des Rotors 5. Die als Kreisring 45 ausgestaltete Abdeckung 29 hat aus Teileanzahlersparnisgründen den gleichen Durchmesser und den gleichen Radius wie die Kreisringabdeckung derFigur 8 oder9 . - In
Figur 11 ist ein Nockenwellenversteller 1 der hausinternen Art mit einem Stator 3 und einem Rotor 5 aufgeschraubt durch eine mittig verlaufende Zentralschraube 61 auf einer Nockenwelle 67 dargestellt, die kraftschlüssig den Rotor 5 über den Kopf der Zentralschraube 61 öldicht an den ersten und zweiten Anströmkanal 63, 65 anpresst. Auf der Schraubenkopfseite der Zentralschraube 61 ist die Zentralschraubendurchführung 39 vorhanden, auf der anderen Seite 15 des Rotors 5, der zur Zentralschraubendurchführung 39 abgewandten Seite 13, ist eine Nockenwellendurchführung 37 vorhanden. Der Stator 3 setzt sich aus den Bauteilen integriertes Kettenrad 51 und Statorgehäuse 73 mehrteilig zusammen. Der Rotor 5 streift bei seinen Winkelverdrehungen an der Statorseitenwand 49 vorbei. Die Ölzuführung 43, die um die Zentralschraube 61 herum verläuft, leitet über Kanäle, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel komplett innenliegend sind, an die Hydraulikbereiche 17 oder 19 das Hydraulikmedium heran. Das Hydraulikmedium wird über die beiden Nuten 69, 71, die in der Nockenwelle 67 liegt, an den Nockenwellenversteller 1 durch die Nockenwelle 67 übergeben. - Die in den
Figuren 4 bis 9 dargestellte Kanalführung kann auch mit einem der beiden inFigur 11 dargestellten Kanälen in einem Rotorkern 31 vereint auftreten. - Die zuvor beschriebene Erfindung kann auch mit anderen Worten als Schwimmringdichtung für Rotorkanäle bezeichnet werden, die die in den Längsflächen des Rotors liegenden Druckkammerzuführkanäle im Betrieb gegenüber den Drehdurchführungen der Rotoranbindungen dichtend und aufschwemmend, Leckage minimierend gegenüber den parallel zum Rotor vorhandenen Hohlräumen im Motorbereich überdeckt. Hierbei zeichnet sich die Erfindung nach einem Aspekt vor allem dadurch aus, dass mit steigendem Druck, also in der Regel bei höheren Drehzahlen der Ölpumpe der Verbrennungskraftmaschine, die Dichtfunktion immer weiter zunimmt und hierdurch die Leckage reduziert wird.
- Es ist verständlich, dass im Rahmen dieser Beschreibung nur einzelne Ausführungsbeispiele dargelegt sind, die den generellen Erfindungsgedanken ohne Einschränkung auf die dargelegten Ausführungsbeispiele verdeutlichen sollen. Hierbei ist einsichtig, dass genauso zu der Erfindung auch geeignete Materialauswahlen gehören, die das gleiche Verbundsystemverhalten aufweisen, wie zum Beispiel Kunststoff-Kunststoff, Metall-Metall etc. Genauso wenig sind die konkreten Kanalgestaltungen erfindungsgemäßer Rotoren auf die Ausführungsbeispiele eingeschränkt.
Tabelle 1 1 Nockenwellenversteller 3 Stator 5 Rotor 7 erster Steg 9 zweiter Steg 11 Flügel 13 erste flächige Seite des Rotors 15 zweite flächige Seite des Rotors 17 erster Hydraulikbereich 19 zweiter Hydraulikbereich 21 erster Kanal 23 zweiter Kanal 25 erste Komponente 27 zweite Komponente 29 Abdeckung 31 Rotorkern 33 Kanalabschnitt 35 Berührungskontaktstelle 37 Nockenwellendurchführung 39 Zentralschraubendurchführung 41 Drehdurchführung 43 Ölzuführung 45 Kreisring 47 Kreisringnut 49 Statorseitenwand 51 Kettenrad 53 Stegbohrloch 55 Umlaufstatordichtung 57 Zentralschraubenführung (im Rotor) 59 Stegbohrlochdichtung 61 Zentralschraube 63 erster Anströmkanal 65 zweiter Anströmkanal 67 Nockenwelle 69 erste Nut, vorzugsweise umlaufend 71 zweite Nut, vorzugsweise umlaufend 73 Statorgehäuse - Verweise
-
Claims (9)
- Nockenwellenversteller (1) nach dem Schwenkmotorprinzip, umfassend einen Stator (3), der wenigstens einen, auf sein Zentrum weisenden Steg (7) hat, und einen Rotor (5), der wenigstens einen neben dem Steg (7) liegenden Flügel (11) hat, der winkelbewegbar ist, mit einer ersten und einer zweiten flächigen Seite (13, 15), zwischen denen sich durch eine Winkelbewegung des Rotors (5) wenigstens zwei gegenläufige Hydraulikbereiche (17, 19) bilden, und Kanäle (21, 23) zu den Hydraulikbereichen (17, 19), wobei einer der Kanäle (21, 23)
wenigstens teilweise durch den Rotor (5) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (5) als Verbundsystem aus wenigstens zwei Komponenten (25, 27), eine Abdeckung (29) und einen Rotorkern (31), geschaffen ist, die bei Berührung einen überdeckten Kanalabschnitt (33) parallel zu einer Seite (13, 15) bilden, wobei
die Abdeckung (29) eine Stelle des Rotors (5) bildet, die in Berührungskontakt (35) zwischen einem ortsfesten Teil und einem Bewegungsteil des Nockenwellenverstellers (1) inklusive seinen Anbauteilen wie Nockenwelle (67), Triggerrad und Deckel, insbesondere an einer Nockenwellendurchführung (37) und insbesondere an einer Zentrierschraubendurchführung (39), vorzugsweise an allen Drehdurchführungen zwischen Rotor (5) und Stator (3), stehen. - Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (25) ein Rotorkern (31) ist, die zweite Komponente (27) eine Abdeckung (29) ist, und die zweite Komponente (27) in die erste Komponente (25) eingelegt ist.
- Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
Kanäle (21, 23) parallel zur ersten und zur zweiten Seite (13, 15) in dem Rotor (5) verlaufen, die durch jeweils eine Komponente (25) als überdeckten Kanal (33) abgedeckt sind. - Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Kanäle (21, 23) von den Hydraulikbereichen (17, 19) zu einer zentralen, vorzugsweise im Rotor (5) mittig gelegenen, Ölzuführung (43) führen, die durch eine sternpunktartig verteilte, insbesondere durch einen Kreisring (45) zusammenhängende, Abdeckung (29) die überdeckten Kanalabschnitte (33) bilden. - Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (21, 23) von axialen Anströmkanälen (63, 65) ausgehend zu dem Hydraulikbereichen (17, 19) führen, wobei die Kanäle (21, 23) vorzugsweise in radialer Richtung auf möglichst kurzer Strecke von den Anströmkanälen (63, 65) abzweigungs- und kurvenlos in den flächigen Seiten (13,15) des Rotors (5) liegend gelangen.
- Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kanäle (21, 23) Aufschwemmkanäle sind, die bei Füllung durch ein Hydraulikmedium, insbesondere durch ein unter Druck gesetztes Hydraulikmedium, die Abdeckung (29) von dem Rotorkern (31) weg nach Außen auf eine Statorseitenwand (49) hin dichtend anpressen. - Nockenwellenversteller nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreisring (45) in einer Kreisringnut (47), die vorzugsweise geschlossen über die gesamte Seite (13, 15) der Rotors (5) verläuft, liegt.
- Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die äußeren Abdeckungen (29) des Verbundsystems Kunststoffelemente sind und der zwischen den äußeren Abdeckungen (29) des Verbundssystems liegende Rotorkern (31) aus einem Metall, vorzugsweise einem gesinterten Metall, besteht. - Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenverstellers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das die folgenden Schritte umfasst:a) einen Rotorkern (31) mit zur Oberfläche offenen Kanälen zu schaffen,b) in wenigstens eine Kreisringnut (47) des Rotorkems (31) eine Abdeckung (29) einzulegen, undc) das Verbundsystem des Rotors (5) in ein Statorgehäuse (73) einzubringen.
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