EP2690261A2 - Nockenwellen-Phasensteller mit Dichtungshülse - Google Patents
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- F01L2001/34483—Phaser return springs
Definitions
- the invention relates to the sealing of a fluidic phase adjuster for adjusting the rotational angular position of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine.
- camshaft phasers have become popular for varying intake and exhaust timing. Due to the high reliability, but also in terms of a favorable cost-benefit ratio have hydraulic, operated by the lubricating oil for the internal combustion engine phaser proven by the principle of hydraulic swing motor.
- the phase adjusters have a stator and a rotor, which can be rotated relative to each other by pressurization of adjusting chambers.
- the rotor is typically connected in a rotationally fixed manner to the camshaft by means of a fastening structure which extends centrally through the rotor, for example a fastening screw.
- the adjusting chambers can be acted upon by a pressure between the central fastening structure and the rotor annular gap with the pressurized fluid.
- the demands on the manufacturing accuracy of the individual components of the phaser must not be set high.
- Leaks require larger sizing of the engine, typically the engine lubricating oil pump, which supplies the phaser with the pressurized fluid. This is associated with an increase in the installation space, the weight and the power consumption of the supply unit and an increase in costs.
- the transfer points are problematic at which the pressure fluid for pressurizing the adjusting chambers enters the annular gap and exits for pressure relief.
- a defined game must prevail between the outer periphery of the mounting structure and the surrounding inner circumference of the rotor to avoid undefined friction between the components during assembly.
- the clearance determined by the manufacturing tolerances of the fastening structure and rotor one more results depending on the viscosity of the pressure fluid and thus in particular the temperature or less large leakage.
- a particular problem is the use of rotors made of aluminum, which are produced for example in continuous casting or by sintering and used to reduce the weight and the moment of inertia of the phaser.
- the fastening structure is made of steel, the gap width between the rotor and the central fastening structure increases due to the greater thermal expansion of aluminum compared to steel with increasing temperature, so that with a reduction in the viscosity of the pressure fluid is accompanied by a gap width increase, especially in hot periods of idle Internal combustion engine contributes to the pressure drop in the applied actuating chambers.
- O-rings One way to alleviate the problem of leakage is the arrangement of O-rings.
- a seal with O-rings describes, for example, the DE 10 2008 030 057 A1 , O-rings require the arrangement in correspondingly shaped grooves and thus axial space, which is available only limited. A useful dimensioning of the O-rings is therefore not always possible.
- the automated assembly of O-rings is complex. There is also the risk that the O-rings made of an elastomer material pose a high rotational friction coefficient during a relative rotation between mounting structure and rotor resulting in undefined friction moments in the joint assembly of camshaft, phaser rotor and mounting structure up to the destruction of the O-rings. Can lead rings.
- the DE 10 2008 030 057 A1 also discloses the seal by means of a sealing sleeve, which seals one of the ports opening into the annular gap left and right.
- the sealing collar is used in combination with one or more O-rings, which serve to seal the other connections in the annular gap. The effort required for the assembly and the problems referred to pure O-ring solutions are therefore not reduced.
- the invention is based on a phase adjuster for adjusting the rotational angular position of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine, a rotatably driven by the crankshaft stator, a rotatably driven by the stator about a rotation axis and for driving the rotation of the camshaft with this connectable or connected rotor and a torque-fixed Connection of rotor and camshaft axially in and expediently by comprising the rotor extending attachment structure. Between the mounting structure and the rotor, optionally also between the mounting structure and the camshaft, an annular gap remains.
- the rotor forms with the stator at least a first control chamber and at least one second control chamber, which are each acted upon by a pressurized fluid, so that the rotor by appropriate pressurization of the first or the second actuating chamber relative to the stator about the axis of rotation and thereby the rotational angular position of the rotor relative can be adjusted to the stator.
- the phaser is preferably of the swing-wing type. In swing-gate type phasers, the pressurized fluid in the first ram acts in one circumferential direction and in the other ram in the other circumferential direction on the rotor, each with respect to its axis of rotation.
- stator and the rotor around the axis of rotation distributed more first control chambers and a plurality of second control chambers by wings of the rotor radially projecting between jaws of the stator, so that in an axial view of the rotor in each case to one side of the wing, the first control chambers and the other side, the second adjusting chambers are formed.
- the phase adjuster further comprises a sealing device with at least three sealing webs, which are also referred to below as the first sealing web, the second sealing web and the third sealing web.
- the sealing webs each extend around the axis of rotation and are elastically yielding. All sealing webs can extend in the annular gap.
- one of the sealing webs or an optionally further sealing web of the sealing device may be arranged outside the annular gap in order to seal the annular gap at an axial end, in particular sealingly abut the axial end of the annular gap on an end face of the rotor or the fastening structure.
- a first fluid connection opens into the annular gap.
- the pressure fluid can be supplied to the at least one or preferably a plurality of first positioning chambers.
- a second fluid port opens into the annular gap.
- the pressurized fluid from the at least one or preferably a plurality of second actuating chambers can be discharged. It is expedient if the pressurized fluid is also able to be discharged from the one or more first setting chambers through the first fluid connection and the first fluid connection is assigned to the one or more first adjusting chambers in this sense.
- Such an associated first fluid connection is referred to below as usual also as A-connection.
- the first fluid connection can also be a pressure connection situated in the inflow of the pressure fluid at an upstream end of a control valve or upstream of a control valve for the phaser, the so-called P connection, via which the pressure fluid is controlled by the control valve or regulated can be fed to both types of adjusting chambers.
- the pressurized fluid can also be fed to the one or more second actuating chambers through the second fluid port and the second fluid port is assigned to the second actuating chamber or chambers in this sense.
- Such an associated second fluid connection is referred to as B connection in the following as usual.
- the second fluid connection can also be a tank connection which lies on the path of the pressure fluid flowing out of the phaser at a downstream end of a control valve or downstream of a control valve for the phaser.
- This tank connection can be assigned only to the one or more second setting chambers, which thus discharge the pressure fluid only from these chambers, or else serve as a tank connection for the one or more first setting chambers.
- a sealing sleeve in one piece forms the sealing webs and also connecting webs which are located axially between the sealing webs and connect the sealing webs together.
- the sealing sleeve is fastened to the rotor or to the fastening structure, which also includes installation situations in which the sealing sleeve is first fixed by the joining assembly of rotor and fastening structure.
- the sealing sleeve is molded in one piece in a process of primary forming or forming. It may in particular be formed from an elastomer material and preferably by injection molding.
- the invention means elastomeric plastics and also materials based on natural rubber.
- the sealing sleeve may contain one or more molded parts, for example one or more filter elements for cleaning the pressurized fluid, one or more stiffening parts or one or more connecting parts, the one or more can form one or more of the connecting webs.
- At least one of the connecting webs for example, stiffen the sealing sleeve or be developed into a filter element, so combine connecting and stiffening or filtering function together.
- the sealing sleeve may alternatively be made of plastic at least substantially of a metal material and in such embodiments preferably by forming, for example by the metallic sealing webs in such embodiments are resiliently undulated.
- a support structure of metal or plastic may further be overmolded with an elastomeric material to form the sealing sleeve.
- the carrier structure may already have radially elastically yielding webs in the areas of the sealing webs which are coated with elastomer material during the encapsulation. But the elasticity of the sealing webs can also be given only by the elastomer material alone. If the sealing device has one or more further sealing webs, the sealing sleeve preferably also forms this in one piece with the at least three sealing webs.
- the sealing sleeve can also be produced directly on the fastening sleeve or on an inner periphery of the rotor by primary shaping, in particular injection molding.
- one of the fluid ports is formed. This means that the respective connecting web can be flowed through by the pressure fluid.
- one of the fluid connections is formed in the region of each of the at least two connecting webs, one of which connects the first sealing web to the second sealing web and the other connects the second sealing web to the third sealing web.
- sealing webs as a unit, namely in the form of the sealing sleeve, facilitates and speeds up the assembly considerably. It is not necessary to mount several sealing elements, such as individual sealing rings, separately per phase adjuster. In order to seal two fluid connections of the phaser against each other and additionally on the left and right outside, the at least three sealing webs of the sealing sleeve, which can be mounted as a unit, are sufficient. The risk of incorrect installation is reduced. By mounting the sealing sleeve as a unit, the axial positions of the at least three sealing webs are at the same time sufficiently accurately determined.
- a positionally accurate mounting of the sealing sleeve ensures a positionally accurate mounting of the sealing webs in one step, it must be made sufficiently accurate only the sealing sleeve as a whole in their formation.
- the formation of the sealing sleeve in such a way that the at least three sealing webs and the connecting webs connecting them to one another are produced during molding also simplifies the manufacture of the sealing device compared to sealing devices with three separate sealing rings or a combination of one or more sealing rings and a sealing collar with two Stegen.
- the quality control will likewise simplified, since in a single step the quality, in particular the dimensional accuracy, of the sealing sleeve as a whole and thus at the same time of at least three sealing webs only has to be carried out
- the claimed phaser may include a control valve serving to control the pressurized fluid, which in preferred embodiments forms the attachment structure.
- a valve housing of the control valve can form the attachment structure.
- the control valve comprises such a valve housing and a valve piston axially movable valve piston.
- the valve housing has a pressure port for supplying the pressurized fluid into the valve housing, a first control port connected to the first or the plurality of first actuation chambers, a second control port coupled to the second or the plurality of second actuation chambers, and at least one tank port for discharging the pressurized fluid therefrom Valve housing on.
- connection of the valve housing in particular either the pressure connection or the first control connection can form the first fluid connection opening into the annular gap, and one of the other connections of the valve housing, namely either the second control connection or the at least one tank connection, the second fluid connection opening into the annular gap ,
- the control valve may be designed as a switching valve or as a proportional valve.
- the function of the control valve may be a pure control operation without feedback or a control action.
- the concept of controlling is understood as a generic term and should also include the meaning of rules.
- the control valve may be incorporated in a control loop and the movements of the valve piston in response to one or more different, based on measurement control variables are controlled.
- a control variable for example, serve the speed of the crankshaft or the camshaft.
- a control valve for the phaser is not centrally located, so does not protrude into or through the rotor, but is arranged externally with respect to the arrangement of stator and rotor.
- the central mounting structure can serve in such embodiments solely for the purpose of mounting the rotor on the camshaft or optionally fulfill other additional functions, which serve as the guide of the pressurized fluid to or from the adjusting chambers.
- the fluid connections opening out in the annular gap are, for example, the openings of fluid channels of the rotor which open into the annular gap and which connect the setting chambers of the phaser with the annular gap.
- the annular gap formed between the attachment structure and the rotor can be extended axially by an annular gap formed between the attachment structure and the camshaft. This applies both for embodiments in which the attachment structure is formed by a central control valve as well as for embodiments with externally to the stator-rotor assembly arranged control valve.
- the first fluid port or the second fluid port may or may also be arranged in the region of such an annular gap between the attachment structure and the camshaft.
- the sealing sleeve may be connected to the fastening structure or the rotor either only positively or only frictionally, preferably positively and frictionally, to fix the sealing sleeve relative to the mounting structure and the rotor in position.
- the sealing sleeve can also be materially connected to the fastening structure or the rotor, optionally purely materially.
- the sealing sleeve can be adhesively bonded to the fastening structure or the rotor.
- a cohesive connection is advantageously combined with a positive connection or a frictional connection.
- the sealing sleeve has an engagement element and the attachment structure or the rotor has an engagement counter element.
- the engagement element is with the engagement counter-element in a positive or frictional engagement, preferably in a both positive and frictional engagement, which fixes the sealing sleeve on the mounting structure or on the rotor axially or in the circumferential direction, preferably axially and in the circumferential direction.
- One of engagement member and engagement counter member is a recess, and the other is a protruding into the recess recess. This is preferably a radial depression and correspondingly a radial projection.
- a positive and frictional engagement may be formed in particular as a latching connection of engagement element and engagement counter-element.
- the sealing sleeve may comprise a plurality of engagement elements and the attachment structure or the rotor corresponding to a plurality of engagement counter-elements, so that the engagement elements are in each case with one of the engagement counter-elements in a positive or frictional engagement. It is advantageous if a plurality of engagement elements distributed around the axis of rotation and a plurality of engagement counterparts matched thereto are present.
- a positive or frictional engagement can be produced in an elegant manner by using the first fluid connection or the second fluid connection or an optional further fluid connection opening into the annular gap, in that the relevant fluid connection forms the engagement counter element of either the attachment structure or of the rotor and the engagement element of FIG Sealing sleeve is flowed through by the pressurized fluid. Since the fluid connection used for the intervention opens into the annular gap, it comprises at least one opening located in the annular gap, which in such embodiments at the same time for engagement with the Engagement element is used by the engagement member preferably projects into the respective opening.
- each of these openings can form an engagement counter element and can be in positive or frictional engagement with in each case one engagement element of the sealing sleeve.
- the production of an intervention with only one opening is sufficient.
- the preparation of the engagement with a plurality of openings, for example all openings of the respective fluid port, however, is preferred.
- Such a solution has the particular advantage that no additional structure must be formed on the attachment structure or the rotor to form the one or more engagement counter-elements.
- An engagement such as that explained above, in which the sealing sleeve comprises at least two engagement elements and either the attachment structure or the rotor corresponding to two engagement counter elements that are circumferentially offset from each other, also has the advantage that the sealing sleeve in the annular gap not only axially, but is also fixed in the circumferential direction.
- the one or more engagement elements are or are each preferably shaped as a neck or ring.
- the respective neck or ring preferably protrudes into the respective counter-engagement element, preferably, as stated, in each case one mouth opening.
- a positive or frictional engagement can also be produced in that at least one of the sealing webs in a circumferential axis about the rotation recess, such as a circumferential groove, the mounting structure or the rotor protrudes or extending around the axis of rotation, radially projecting rib, preferably to the axis of rotation rotates, embraces.
- the attachment structure may additionally or instead on an outer peripheral surface or the rotor on one of the mounting structure facing inner peripheral surface riffled, knurled or roughened in some other way, in particular roughened, his and the sealing sleeve on the roughened Abut peripheral surface.
- the sealing sleeve is mounted with radial pressure on the outer circumference of the mounting structure or the inner circumference of the rotor, which circumference may be basically smooth, so that the engagement of the sealing sleeve with the mounting structure or the rotor is based only on frictional engagement by the sealing sleeve with elastic tension, which can be generated by a material elasticity or a formula elasticity of the sealing sleeve, rests against the respective peripheral surface.
- Radial compression of the sealing sleeve against the outer circumference of the attachment structure or the inner circumference of the rotor may also be combined with any of the other measures, such as the interlocking engagement of the engagement member and engagement counter member or the roughened peripheral surface.
- the seal sleeve may be manufactured separately and joined to the attachment structure or the rotor, or may be obtained by overmolding an outer circumference of the attachment structure or an inner circumference of the rotor with an elastomeric material. It is sufficient, for example, that only one of the sealing webs is formed by the encapsulation and the other sealing webs and the connecting webs are firmly connected in this injection molding with the sealing web made by encapsulation. More preferably, however, several and particularly preferably all the sealing webs of the sealing sleeve are produced directly by the encapsulation.
- the connecting webs are generated during the injection process, so that the sealing sleeve is formed as a whole in the encapsulation.
- the connecting webs or a carrier structure forming the connecting webs as a unit may or may also be positioned as an insert part (e) in the injection mold and encapsulated with the plastic forming the sealing webs and thereby firmly embedded in the overmolding.
- the fastening structure in a protruding from the annular gap portion on a circumferential axis of rotation about the shoulder, which is clamped for torque-tight connection of the rotor and the camshaft axially in the direction of the rotor.
- One of the at least three sealing webs or an optionally further sealing web of the sealing sleeve protrudes radially into a gap circulating about the axis of rotation, which gap is formed between the rotor and the shoulder of the fastening structure.
- the fastening structure In the connected state of the rotor and the camshaft, the fastening structure therefore presses axially against the rotor with this shoulder via the sealing web, and the sealing web consequently seals the annular gap.
- Such a configuration can be combined with any other of the above types of attachment, in particular axial fixation, the sealing sleeve or only be realized alone.
- one or two or all three sealing ribs may be at least in a relieved state in which they are located before assembly of the rotor and mounting structure towards an outer circumferential surface of the mounting structure, ie radially inwardly of the axis of rotation , or in the direction of an inner circumferential surface of the rotor, ie, radially outwardly of the axis of rotation, taper, for example conically.
- the radial spring travel of the respective sealing web can be increased in comparison to a sealing web of constant axial width.
- Such a configuration may be particularly advantageous if, due to a difference in the thermal expansion of the rotor and the thermal expansion of the fastening structure, the gap width of the annular gap varies depending on the temperature, as is the case for example when the mounting structure and the Rotor are made of different materials, the mounting structure, for example made of steel and the rotor made of an aluminum material.
- the sealing sleeve for cleaning the pressurized fluid comprises a filter device as an integrated component.
- the filter device can be formed in particular in the region of at least one of the connecting webs. If the filter device is formed by or with one or more inserts, the elastically yielding material of the sealing sleeve may form a support structure for such one or more inserts.
- the sealing webs in particular of injection molded plastic injection molded structures and the filter device by encapsulation with the plastic with at least one of the injection molding, preferably with two of the injection molding structures to be firmly connected.
- a filter device formed by an insert part is preferably encapsulated only peripherally with plastic and accordingly embedded only at their axial lateral edges in the plastic material.
- Such a sealing sleeve produced as a composite part may, for example, comprise the at least three sealing webs as injection-molded structures of elastomeric plastic and a filter device of metal or plastic embedded in at least one axial edge in one of these injection-molded structures.
- a filter device can form one of the connecting webs axially between two adjacent sealing webs, or protrude at an axial end of only one of the sealing webs.
- the filter device can also be formed by a carrier structure of the sealing sleeve.
- a support structure can in particular form the at least two connecting webs of the sealing sleeve in one piece. It can extend over the entire or almost entire axial length of the sealing sleeve.
- the sealing webs are produced by encapsulation of such an integrally formed carrier structure with elastomer material.
- the support structure expediently has perforations through which the elastomer material can penetrate during encapsulation in order to anchor the elastomeric sealing webs to the support structure.
- the sealing sleeve can have at least one axially extending channel, which is preferably open on a peripheral surface of the sealing sleeve, for example a groove, for guiding the pressurized fluid.
- the pressure fluid can be axially, optionally additionally in the circumferential direction, for example to a pressure port of a control valve forming the fastening structure or else to the pressure port of a central arranged, projecting into the rotor control valve, which performs no attachment function, are guided.
- the invention is particularly advantageous for the here claimed phaser, namely for sealing fluid connections in the annular gap between the central mounting structure and rotor and optionally the camshaft, in principle, the molded in one piece sealing sleeve with at least three sealing webs and connecting connecting webs for example for lubricating oil pumps of internal combustion engines such as automotive engines advantage, but also for pumps in general, if they are controlled or regulated in terms of their delivery volume by means of a control valve.
- a sealing sleeve according to the invention can also be used to seal the annular gap between a valve housing of the control valve of the pump and a surrounding the valve housing other machine part, in particular in such an annular gap opening fluid connections of the control valve or fluid connections for the control valve fluidly separated from each other.
- a sealing sleeve with at least one sealing web and at least one axially adjoining connecting web, in the region at least one engagement element of the type described here is arranged, in particular at least one engagement element for engagement in an orifice region of a fluid channel, on an outer peripheral surface of a Control valve or an inner circumferential surface of a surrounding the control valve component, such as the rotor of the here claimed phaser, is provided or provided for such an engagement.
- the sealing web can in particular be formed as explained here and rotate around a central axis of the control valve.
- Such a sealing sleeve preferably has at least one further sealing web which rotates axially adjacent to the sealing web.
- the sealing sleeve may further comprise an axial extension, in which the at least one or preferably a plurality of engagement elements is or are arranged instead of in the region of the connecting connecting web.
- a sealing sleeve with one or preferably two or even more sealing webs can also be produced by insert molding a control valve or possibly an inner circumference of a component surrounding the control valve. Examples of such sealing sleeves and their arrangement show the FIGS. 19 to 23 , which, however, are not the subject of the claimed invention.
- the Applicant reserves the right to such a sealing sleeve as such and also to an arrangement with a control valve which projects with a surrounding machine component, such as a housing or the rotor of a phaser and forms an annular gap with this component, in which the sealing sleeve arranged is to make your own claims.
- FIG. 1 shows a camshaft phaser in a longitudinal section.
- the camshaft phaser is arranged at an end face of a camshaft 1 and serves to adjust the phase position, ie the rotational angular position of the camshaft 1 relative to a crankshaft of an internal combustion engine, for example a drive motor of a motor vehicle.
- the camshaft 1 is rotatably mounted about an axis of rotation R on a machine housing of the internal combustion engine, for example on a cylinder head and can be covered with a cylinder head cover.
- the camshaft phaser comprises a stator 3, which can be rotated by the crankshaft, and a rotor 7, which is non-rotatably connected to the camshaft 1.
- the stator 3 is composed of a drive wheel 4, for example a sprocket, a cover 6 and an impeller 5 arranged axially between the drive wheel 4 and the cover 6.
- the drive wheel 4, the impeller 5 and the lid 6 are rotatably connected to each other.
- the assembly of the stator 3 is only an example.
- the stator 3 may alternatively be made of more or instead of the three parts 4, 5 and 6 may be joined from only two parts, such as a one-piece part 4, 5 and the part 6 or the part 4 and a one-piece part 5, 6.
- the drive wheel 4 for example, on the outside of the impeller 5 circumferentially formed and the lid portion of the drive wheel 4, which laterally seals the stator-rotor assembly, be part of the rotor 7.
- the cover 6 may be part of the rotor 7.
- the stator 3 and the rotor 7 form a hydraulic pivot motor according to the vane principle.
- the camshaft phase adjuster has a fixing structure 10 arranged centrally in relation to the stator-rotor arrangement 3, 7, which, as in the exemplary embodiment, projects centrally through the rotor 7 in the exemplary embodiment and connects the rotor 7 to the camshaft 1 in a torque-tight manner.
- the stator 3 is supported by the rotor 7.
- the fastening structure 10 has a connecting portion 12 in which it is fixedly connected to the camshaft 1.
- the mounting structure 10 projects into a receptacle formed at the front end of the camshaft 1 and is bolted to the camshaft in the receptacle, i. the connecting portion 12 is an external thread.
- the phase adjuster comprises a control valve, which serves for the fluidic, preferably hydraulic adjustment of the rotational angular position, which the rotor 7 occupies relative to the stator 3.
- the control valve comprises a valve housing, which is formed by the mounting structure 10 and hereinafter also referred to as a valve housing 10, and a valve housing 10 axially adjustable back and forth arranged valve piston 20.
- the valve housing 10 thus serves in a dual function as a central attachment means for the torque-fixed connection of camshaft 1 and rotor 7, by pressing the rotor 7 against an end face of the camshaft 1 in the assembled state after production of the joint, in the example a screw connection.
- FIG. 2 shows the phaser of the first embodiment in cross-section II-II of FIG. 1 ,
- the impeller 5 forms an outer component and the rotor 7 an inner component of the pivot motor.
- the hollow impeller 5 has at its inner periphery radially projecting jaws 5a on.
- the rotor 7 has radially outwardly projecting wings 8, which form with the jaws 5 a of the stator 3 first actuating chambers K 1 and second actuating chambers K 2 .
- the adjusting chambers K 1 are arranged in the circumferential direction in each case to one side and the adjusting chambers K 2 in each case to the other side of the wings 8 of the rotor 7.
- the rotor 7 rotates relative to the stator 3 or impeller 5 in FIG FIG. 2 in the Clockwise to maximum in the FIG. 2 assumed end position. If the adjusting chambers K 2 are pressurized and the adjusting chambers K 1 are relieved of pressure, the rotor 7 rotates counterclockwise relative to the stator 3. The rotational movement relative to the stator 3 in one direction of rotation corresponds to an overfeed and the relative rotational movement in the other direction to a lag of the camshaft 1 relative to the crankshaft.
- the stator 3 is driven in the direction of rotation D, in the clockwise direction.
- the adjusting chambers K 1 are therefore early adjusting chambers and the adjusting chambers K 2 late setting chambers.
- FIG. 2 takes the rotor 7 relative to the stator 3, the early position in which the camshaft 1 leads relative to the crankshaft. If the late setting chambers K 2 are charged with the pressurized fluid and the early settling chambers K 1 are relieved, the rotor 7 rotates in the direction of the retardation up to a maximum of a retarded position. In the early position, the rotor 7 is locked by means of a locking pin 80.
- Pin 80 may be moved from the latched position to a release position by pressurizing a pressure chamber 81 against the force of a latch spring 82 to move the rotor 7 toward the retarded position.
- it is fluidically connected to the nearest late setting chamber K 2 .
- the early position and the late position are each specified by a stop contact.
- at least one of the rotor blades 8 is in abutting contact with one of the stator jaws 5a.
- the rotor 7 can not only be rotated back and forth relative to the stator 3 between these two rotational angle end positions, but can also be hydraulically fixed in any desired intermediate position by appropriate pressurization of both the advance chambers K 1 and the retard chambers K 2 .
- a torsion spring 17 which is supported with one spring end on the stator 3 and with another spring end on the rotor 7, biases the rotor 7 in the direction of one of its two rotation angle end positions, expediently in the direction of the rotational angle position in which the rotor 7 is locked by means of the locking mechanism can be, in the embodiments, the early position.
- FIG. 3 shows the rotor 7 and the mounting structure 10, ie the control valve with the valve housing 10 with the valve piston 20, and further components of the phaser released from the joint assembly with the camshaft 1.
- the components are a filter device 30 and a locking member 40, forming with the valve housing 10 and the valve piston 20 is a separate unit that can be pushed through a central passage of the rotor 7 pre-assembled, and a sealing sleeve 50th
- the valve piston 20 is hollow with an axially extending cavity 22 which is open at one axial end of the valve piston 20 and forms an axial piston inlet 21 there.
- the valve piston 20 also has a piston outlet 23, which leads radially through a jacket 22 surrounding the cavity of the valve piston 20.
- the valve piston 20 has at its side facing away from the piston inlet 21 other axial end a coupling member 25 for coupling with an actuator, which causes the axial displacement of the valve piston 20.
- the coupling member 25 acts as an actuating tappet of the valve piston 20.
- the coupling member 25 protrudes at the front end of the valve piston 20, which faces the actuator axially.
- the coupling member 25 extends through an end closure wall 11 of the valve housing 10.
- the end closure wall 11 surrounds the coupling member 25 in close fit and thus ensures, despite the reciprocating coupling member 25 for a fluid-tight closure of the valve housing 10th
- the actuator may in particular be an electromagnetic actuator, such as an axial-stroke solenoid, with a current-supply coil and an armature.
- the spool is rotatably connected to the engine housing of the internal combustion engine, for example with a lid which is mounted on the machine housing.
- the armature is axially movable relative to the coil. It is with the coupling member 25 directly in a coupling engagement, which is formed as an axial pressure contact.
- energizing the coil acts on the armature axially directed towards the coupling member 25 actuating force acting on the coupling member 25 and thus on the valve piston 20 in the coupling engagement, for example, a pure axial pressure contact.
- the control valve comprises a valve spring 14 whose spring force counteracts the actuating force of the actuator.
- the valve spring 14 is supported on the valve housing 10 and in the direction of the actuator on the valve piston 20.
- the actuator is controlled by a controller of the internal combustion engine, for example energized.
- the control is preferably carried out via a stored in a memory of the engine control map, for example, depending on the speed of the crankshaft, the load or other or other relevant for the operation of the internal combustion engine parameters.
- the valve piston 20 is arranged in a central axial cavity of the valve housing 10 in the manner explained back and forth movable.
- the valve housing 10 has at its axial end facing away from the actuator to an axially, centrally in the housing cavity leading pressure port P, via the camshaft 1 (FIG. FIG. 1 ) pressurized fluid can be supplied.
- the fluid may, in particular, be a lubricating oil which serves to lubricate the internal combustion engine act, which also serves for lubrication, for example, the camshaft bearing of the camshaft 1, so that the pressure port P is connected to the lubricating oil supply to the camshaft 1.
- This pressurized fluid flows through the axial pressure port P into the valve housing 10 and into the cavity 22 through the piston inlet 21 in axial alignment with the pressure port P.
- the piston outlet 23 branches off laterally, by way of example, preferably in the radial direction, through which Pressure fluid as a function of the axial position of the valve piston 20 either the Vietnamesestellhuntn K 1 or bossstellhuntn K 2 is supplied to adjust the phase angle of the rotor 7 relative to the stator 3 and thus the phase angle of the camshaft 1 relative to the crankshaft.
- the piston outlet 23 is formed by radial passages distributed over the circumference of the valve piston 20 through the jacket of the valve piston 20.
- the valve housing 10 has through its jacket leading connections for the supply and discharge of the fluid to and from the control chambers K 1 and K 2 , namely a control port A, a control port B and valve outlets or tank ports T A and T B.
- the ports A and B and also the ports T A and T B are straight passageways through the shell of the valve housing 10.
- the control ports A and B extend as preferred, but only by way of example by the shortest route radially through the shell.
- FIGS. 1 and 3 show the valve piston 20 in a first axial piston position in which it holds the spring member 14.
- the piston outlet 23 is connected to the control port A.
- the pressure fluid supplied via the pressure port P flows in the axial direction through the axial piston inlet 21 into the cavity 22 and from there through the branching piston outlet 23 to the actuating chambers K 1 , which are assigned to the control port A.
- the adjusting chambers K 2 are connected via the control port B and the outlet or tank port T B to a reservoir and thus relieved in pressure.
- a recess 26 which connects the control port B to the tank port T B in the first piston position.
- a further axially extending recess 27 is formed on the outer periphery of the valve piston 20, which also extends circumferentially about the outer periphery of the valve piston 20.
- the recess 27 is connected in the first piston position with the tank connection T A.
- the tank connection T A is assigned to the control connection A.
- it is fluidically separated from the control port A by a sealing web of the valve piston 20 formed between the piston outlet 23 and the recess 27.
- the actuator pushes the valve piston 20 from the illustrated first piston position axially in the direction of the pressure port P and with correspondingly large actuating force into an axially second piston position in which no longer the control port A, but the other control port B is connected to the piston outlet 23.
- a molded between the piston outlet 23 and the recess 26 seal ridge of the valve piston 20 separates the control terminal B from the associated tank connection T B so that the actuating chambers K 2 are acted upon by the pressure fluid in the second piston position.
- the recess 27 connects the control port A to the valve outlet or tank port T A , so that the fluid can flow out of the actuating chambers K 1 and these are relieved of pressure.
- the rotor 7 moves accordingly in the illustration of FIG. 2 counterclockwise relative to the impeller 5 and thus to the stator 3 in the direction of the late position.
- the rotatably connected to the rotor 7 camshaft 1 is adjusted in its phase position relative to the crankshaft by the same angle of rotation.
- the fluid of the high-pressure side flowing through the pressure port P into the control valve acts on the valve piston 20 with a first axial force acting in the direction of the actuator.
- a first axial force of the valve piston 20 can be flowed through in the direction of the actuator, so that at its rear side facing the actuator between this back and the end closure wall 11, a fluid pressure builds up, which exerts on the back of the valve piston 20, a counterforce, a second axial force , Since the projected by the pressurized fluid projection surface is reduced by the cross-sectional area with which the coupling member 25 protrudes through the end closure wall 11, the axial counterforce, the second axial force corresponding to the cross-sectional area of the coupling member 25 would be less than the first axial force.
- the valve piston 20 has a radially expanded piston portion 28 and the valve housing 10 has a suitably widened housing portion 18, which surrounds the widening 28 in a tight fit.
- the valve piston 20 at its outer periphery with the exception of the expansion 28, for example everywhere the same cylindrical cross-section.
- a feed 24 which are formed by a plurality of distributed around the central axis R through channels in a valve piston bottom.
- the widening 28 and corresponding to the housing section 18 are dimensioned such that the enlargement of the projection surface facing the actuator 15 due to the widening 28 compensates for at least a predominant part of the cross-sectional area of the coupling element 25 "lost" for the compensation.
- the control valve can with respect to the compensation of the axial force of the control valve of the DE 10 2010 002 713 A1 correspond, in particular the claimed there embodiments.
- a fluid connection 29 is formed, which is always in communication with the supply 24.
- the fluid connection 29 may, for example, be formed as a notch or groove or as a pocket-shaped depression connected to the feed 24 on the relevant end face of the valve piston 20.
- a fluid connection 29 may also be formed on the end face of the end closure wall 11 which faces the piston head, such a fluid connection 29 being always connected to the supply 24 and an end face region of the piston 20 must be axially opposite.
- a comparable fluid connection 29 may be provided, as in the FIGS. 1 and 3 shown to always ensure at this end face that the relevant end face of the valve piston 20 is also applied to the pressure fluid, when the valve piston 20 is in the direction of the pressure port P in a stop position.
- this fluid connection 29 is always connected to the piston cavity 22.
- a fluid connection 29 may be formed analogously to the opposite end face of the valve housing 20 or another structure against which the valve piston 20 can be moved to axial stop.
- the filter device 30 extends axially over a part of its length in the valve piston 30. It is to obtain a in the flow of the cleaning of the pressurized fluid causing filter cross-section as a hollow structure, ie formed as a filter cover structure or filter bag or basket.
- the Filterhüll strig consists of a jacket 31, which is cylindrical in the embodiment, and a bottom 32, which forms an in the cavity 22 of the valve piston 20 located axial end of the filter wrap structure.
- the coat 31 is open at its upstream end with respect to the inflowing pressure fluid, so that there is formed a filter inlet 34 over at least substantially the entire inner cross section of the jacket 31. Between the bottom 32 and the filter inlet 34, the jacket 31 surrounds a filter interior.
- a filter material which can be flowed through by the pressurized fluid and which retains dirt particles during the throughflow and thereby cleans the pressurized fluid forms almost the entire circumference of the jacket 31.
- the filter cross section forms the surface of the filter envelope structure 31, 32, which is flowed through by the inflowing fluid through the filter inlet 34 before the pressure fluid reaches the piston outlet 23, and which is covered with a suitable for the purification of the pressurized fluid filter material.
- the filter device 30 is supported on the valve housing 10 and thereby fixed in particular axially.
- the filter device 30 has the shape of an elongated cylinder cap with a jacket 31 which is preferably corrugated in the circumferential direction.
- the blocking member 40 is also arranged in the valve housing 10 upstream of the filter device 30. It is formed as a check valve with a locking body 31 and a locking spring 42 which presses the locking body 41 against a locking body seat.
- the locking body 41 lifts from its locking body seat and releases the pressure port P.
- the pressurized fluid flows through the pressure port P while flowing around the blocking body 41 into the valve housing 10 and through an axial passage of the blocking member 40 and the axially adjoining filter inlet 34 into the filter enveloping structure 31, 32, ie into the filter interior. From there, the pressure fluid flows through the filter cross-section, is cleaned as it flows through and enters the piston cavity 22 located downstream of the filter device 30 over the entire filter cross-section.
- the piston cavity 22 is connected via the piston outlet 23 corresponding to the axial position of the valve piston 20 with the further control port A or B and via this with the actuating chambers K 1 or K 2 , which are assigned to the respective control port A or B.
- the other group of the control chambers K 1 and K 2 is assigned via this group Control port A or B connected to the associated tank port T A or T B and relieved accordingly in the pressure.
- valve inlet P, the downstream passage of the obturator 40, the filter inlet 34 and the piston inlet 21 are respectively disposed on an axial end side of the valve housing 10, the obturator 40, the filter device 30 and the valve piston 20.
- the aforementioned inlets and outlets are located on a common axial alignment, as preferred, but only by way of example on the axis R. In this way, the pressure fluid from the pressure port P to the piston outlet 23 undergoes least possible deflections and thus correspondingly low flow losses. This contributes to increasing the positioning speed of the phaser.
- the inlets and outlets are axially behind one another. In principle, one or more inlets or an inlet and a passage can be located axially at the same height, as is almost the case with the passage of the blocking member 40 and the filter inlet 34.
- the large filter cross-section made possible by the use of the piston cavity 22 also acts.
- Another factor that makes possible large filter cross sections is the design of the filter device 30 as a hollow structure or filter envelope structure 31, 32.
- the filter envelope structure 31 and 32 has a planar bottom 32 in the exemplary embodiment.
- the bottom 32 may, for example, also bulge outward or even form a filter cross section.
- the jacket 31 may, for example, also have a conically tapering taper, so that a bottom 32 is not present in the narrower sense.
- different expiring coats 31 can be realized.
- the provision as a cylindrical Filterhüll Fabric 31, 32 has manufacturing advantages.
- the sealing sleeve 50 is arranged in an annular gap 16 which is formed between the fastening structure 10 formed by the valve housing 10 and the rotor 7.
- the pressurized fluid can be supplied to the setting chambers K 1 and K 2 via the annular gap 16 as already described above and can also be discharged via the annular gap 16 from the setting chambers K 1 and K 2 .
- the control ports A and B and the tank port T B of the control valve open at the outer periphery of the valve housing 10 in the Annular gap 16.
- the control terminal A forming channels of the valve housing 10 and the associated connection channels 7a of the actuating chambers K 1 open at least substantially the same axial height in the annular gap 16.
- the control terminal B forming channels of the valve housing 10 and the associated connection channels of the actuating chambers K 2 open at least substantially the same axial height, but at an axial distance from the control port A, in the annular gap 16.
- the control terminals A and B are fluidly separated from each other in the annular gap 16 of the sealing sleeve 50.
- sealing sleeve 50 separates the control port B from the tank port T B in the annular gap 16. Finally, it also seals the control connection A in the annular gap 16 at the side remote from the control connection B. It also separates the connections A and B from the environment.
- the sealing sleeve 50 comprises three sealing webs, namely a first sealing web 51, a second sealing web 52 and a third sealing web 53, with which it fulfills the aforementioned sealing functions.
- the sealing bar 51 seals the annular gap 16 at one axial end and at this axial end also the control port A.
- the sealing web 52 separates the two control connections A and B from one another, and the sealing web 53 separates the control connection B in the annular gap 16 from the tank connection T B.
- the sealing sleeve 50 further includes a connecting web 56 which extends axially between the sealing webs 51 and 52 and connects them firmly together, and a connecting web 57 which extends axially between the sealing webs 52 and 53 and these two sealing webs 52 and 53 firmly connected ,
- the sealing sleeve 50 extends axially substantially over the entire length of the rotor. 7
- the sealing sleeve 50 extends axially beyond the ports A, B and T B , to form on the one hand the sealing web 51 and on the other a positive and frictional engagement with the tank port T B. It has axially in the region of the tank connection T B a plurality of engagement elements 59, which are each formed as a radially inner Abragung the sealing sleeve 50, in the example as a nozzle, and in each case into an engagement counter-element 19 of the valve housing 10 protrude.
- the engagement counter-elements 19 are formed by areas near the mouth of the tank connection T B , by each one of the engaging elements 59 projects into one of the tank connection T B forming channels of the valve housing 10 and rests in the mouth region of the respective channel with a certain elastic tension.
- the sealing sleeve 50 is held by this engagement form and frictionally engaged on the outer circumference of the valve housing 10 axially and in the circumferential direction in position. Further lie all sealing webs 51 to 53 each with elastic clamping force on the outer circumference of the valve housing 10 at.
- the sealing webs 51 to 53 each press with elastic clamping force against the inner circumference of the rotor 7 in order to fulfill their sealing function in this way.
- the sealing webs 51, 52 and 53 each taper in the radial outward direction toward the inner circumference of the rotor 7, as is preferred, but only by way of example, conically. Due to the radially tapered profile of the radial travel of the sealing webs 51 to 53 is increased compared to, for example, a rectangular profile and the respective sealing webs 51 to 53 respectively desired seal with a variation of the measured width in the radial direction of the annular gap 8 with higher security guaranteed.
- the sealing sleeve 50 is molded in one piece from an elastically yielding material. It may in particular be formed of an elastomer material, preferably of an elastomeric plastic material, expediently by injection molding. In this way, all functional elements of the sealing sleeve 50, such as in particular the sealing webs 51 to 53, the connecting webs 56 and 57 and the engagement elements 59 serving for a type of locking connection with the valve housing 10, can be produced right from the initial molding.
- each of the ports A, B, T A and T B is formed by a plurality of channels opening on the outer peripheral surface of the valve housing 10.
- the sealing sleeve 50 has in the region of its connecting webs 56 and 57 and in an axial extension which axially overlaps with the tank port T B , radial passages which are preferably arranged over the circumference of the sealing sleeve 50 so that they are positioned in and thus simultaneously fixed state of the sealing sleeve 50 with the mouth openings of the respective associated terminal A, B or T B forming channels of the valve housing 10 are in overlap.
- the sealing sleeve 50 extends the channels of the valve housing 10 thereby quite simply in the radial direction, whereby the flow resistance for the pressurized fluid can be kept low.
- FIG. 5 shows a fastening structure 10 with a sealing sleeve 50 in a second embodiment.
- the mounting structure 10 is formed as in the first embodiment of a central with respect to the stator-rotor assembly control valve. It is the same control valve as in the first embodiment. From the first embodiment, only the sealing sleeve 50 differs in that the axial extension, in the region of which the engagement elements 59 of the first embodiment are arranged, is omitted. Instead of the engagement with the openings of the tank connection T B , the positive and frictional engagement of sealing sleeve 50 and fastening structure 10 or valve housing 10 is formed in the region of the control connection A.
- the sealing sleeve 50 in the region of the connecting web 56 distributed over the circumference a plurality of engagement elements 59, which are formed as in the first embodiment as a flow-through, radial inner Abragungen, for example, again as a nozzle, and each in one of the control port A forming channels of the valve housing Protrude 10 and abut in the mouth-near area on the circumference of the respective channel with elastic tension.
- This latching connection corresponds to that of the first embodiment, as I said only with the difference that the engagement is not formed with the tank port T B , but with the control port A.
- the sealing sleeve 50 corresponds to that of the first embodiment. It can replace the sealing sleeve 50 of the first embodiment.
- the engagement could instead also be formed with the control connection B by forming corresponding engagement elements 59 in the area of the connecting web 57.
- the at least one engagement element 59 or the plurality of engagement elements 59 can also be provided on one of the connecting webs 56 and 57 instead of on the extension.
- the engagement elements 59 need not be limited to only one of the connecting webs or an extension of the sealing sleeve 50, in principle, one or more engagement elements 59 may also be provided on a plurality of such webs, for example on both connecting webs 56 and 57. However, one or more engagement elements 59 only in the region of one of the connecting webs or in the region of the extension is sufficient for the positioning and facilitates the attachment of the sealing sleeve 50.
- FIG. 6 shows from a phaser of a third embodiment, the central region, in particular the joint assembly of camshaft 1 and rotor 7 and central mounting structure 10, which is formed as in the embodiments described above of a valve housing 10 of a central control valve.
- the control valve differs from the control valve of the first and the second embodiment in that the valve integrated in the filter device 30 accounts, the locking member 40 structurally modified, but unchanged in terms of its function and is also integrated in the control valve, and the pressure port P is in the valve body 10 extends radially. From these from the FIG. 6 without further apparent differences, the control valve 10 corresponds to that of the first embodiment.
- the sealing sleeve 50 is extended beyond the sealing functions already described both in terms of the sealing function and further by a filter function. It again comprises the three sealing webs 51, 52 and 53 and the connecting webs 56 and 57, with which it performs the same functions as the sealing sleeve 50 of the first embodiment. It further comprises further sealing webs, namely a fourth sealing web 54 and a fifth sealing web 55. With the sealing webs 51 to 55, the pressure port P, the control ports A and B and the tank port T B in the annular gap 16 are fluidly separated from each other and this entire, in the annular gap 16 located terminal assembly at the two axial ends by the outer sealing webs 51 and 55 sealed.
- the annular gap 16 comprises a first axial section which the rotor 7 and the valve housing 10 form with one another, and subsequently a second axial section, which the valve housing 10 forms with the camshaft 1, by the camshaft 1 having a cavity at its axial end, in which the valve housing 10 protrudes into and projects through it to form by means of the connecting portion 12, the torque-fixed connection with the camshaft 1.
- the sealing sleeve 50 of the third embodiment comprises a filter device 300, which replaces the filter device 30 of the first embodiment.
- the filter device 300 is arranged axially between the sealing webs 54 and 55 and connects the sealing webs 54 and 55 with each other, thus forming a connecting web within the sealing sleeve 50.
- the filter device 300 is sleeve-shaped and may in particular consist of a plastic or metal. It is permeable to the pressurized fluid according to a filter screen, so that the pressurized fluid is cleaned by particulate dirt during the flow through the filter device 300.
- the filter device 300 forms a flow cross-section for the pressure fluid flowing into the valve. As preferred, it surrounds the pressure port P.
- the filter device 300 may comprise, for example, a metal fleece or fabric, plastic fleece or fabric or as a metal-plastic fleece or fabric or in particular consist of such a fleece or fabric.
- the filter device can also be a perforated or perforated metal foil or plastic film or be formed by such a film.
- the pressurized fluid is supplied to the phaser via the camshaft 1, flows through a port P of the camshaft 1 into the annular gap 16, flows through the filter device 300 and flows through the opening into the annular gap 16 pressure port P of the control valve and the locking member 40 into the cavity 22nd of the valve piston 20 and is from there according to the axial position of the valve piston 20 as already explained optionally via the port A or B of the respectively associated group of control chambers K 1 and K 2 supplied and from the other group of control chambers K 1 and K 2nd dissipated.
- the port P of the camshaft 1 is disposed in the hollow end portion of the camshaft 1.
- the filter device 300 overlaps axially with both associated P-terminals.
- the sealing sleeve 50 can, as already explained for the first exemplary embodiment, be molded in particular from an elastomer material by injection molding.
- the filter device 300 is formed in the injection process by circumferentially encapsulating it during injection molding to form the sealing webs 54 and 55 at their axial ends and thereby embedded in the elastomeric matrix of the sealing sleeve 50.
- the sealing webs 51 to 55 are modified in comparison to the first embodiment in that they are radially tapered both radially inward toward the circumferential surface of the valve housing 10 and radially outward to the circumferential surface of the rotor 7 and the camshaft 1 out.
- the profile of the sealing webs 51 to 55 is at least substantially diamond-shaped, wherein two of the tapered diamond areas are in sealing contact with the respective facing peripheral surface of the valve housing 10 and the rotor 7 and in the region of the two remaining Rauteneck Schemee the connecting webs 56, 57, 58 and the filter device Connect 300 as another connecting bridge.
- FIG. 7 shows a phaser of a fourth embodiment, which differs from the embodiments described so far in that the sealing sleeve 50 is not attached to the central mounting structure 10, but on the rotor 7.
- the fastening structure 10 is again from a central control valve of the phaser, namely of the valve housing 10th educated.
- the control valve corresponds to the control valve of the first embodiment including the integrated filter device 30 and the integrated obturator 40 in all respects.
- the sealing sleeve 50 is positively connected in the fourth embodiment and preferably also frictionally engaged with the rotor 7. It rests with an outer periphery on the inner circumference of the rotor 7. It comprises a first sealing web 51, a second sealing web 52 and a third sealing web 53 and a further sealing web 54, which serves primarily to improve the fixation on the rotor 7, but optionally also in the joint assembly with the in FIG. 7
- Camshaft can assume a sealing function by the camshaft optionally axially pressing against the sealing web 54 when the phaser is mounted on the camshaft.
- the sealing ridge 52 separates the control port A from the control port B, as in the first embodiment, and the sealing ridge 53 separates the control port B from the axially adjacent tank port T B, likewise in the first exemplary embodiment.
- the sealing bar 51 seals, in principle also as in the first embodiment, the annular gap A and thereby also the control terminal A on the side remote from the control terminal B side.
- the connecting webs 56 and 57 as in the first embodiment, passages are formed to establish the fluid connection between the control terminals A and B and the associated connection channels of the rotor 7.
- the control port A is the connection channels 7a ( Fig. 2 ) and the control terminal B are associated with further connecting channels 7b, which connect the control terminal B with the adjusting chambers K 2 .
- the sealing webs 52 and 53 taper, for example, conically, radially inward, ie in the direction of the facing peripheral surface of the valve housing 10, against which they press with a certain elastic tension.
- the two outer sealing webs 51 and 54 serve to fix the sealing sleeve 50 in the axial direction. They protrude radially outward into a corresponding recess, in the exemplary embodiment in each case a circumferential shoulder on the respective axial end of the rotor 7.
- the valve housing 10 presses with a radially outwardly projecting shoulder axially against the rotor 7 and the Seal ridge 51, whereby the rotor 7 pressed in the joint assembly on the one hand axially against a facing end face of the camshaft and thereby the torque-fixed connection of camshaft and rotor 7 is formed and on the other hand by means of the sealing ridge 51 of the annular gap 16 is tightly closed.
- the annular gap 16 extends the tank connection T B and thus serves to discharge the pressure fluid from the control chambers B associated with the control port 9 (FIG. FIG. 2 ).
- the sealing web 54 can be omitted.
- the sealing web 51 and preferably also the sealing web 54 may or may each have on one of its end faces one or more recesses, for example one or more grooves encircling the axis of rotation R.
- Such measures are intended to prevent the sealing web 51 and optionally the sealing web 54 from being pressed so strongly in the respective gap that the axial pressing force with which the fastening shoulder of the fastening structure 10 presses the rotor 7 against the camshaft 1 is to a practically relevant extent is influenced by the sealing web 51 or the sealing ridge 54.
- the reason is that plastic material tends to creep under load, and therefore, the tightening torque set during installation, and accordingly, the axial pressing force, may decrease in the course of operation of the phaser when the sealing ridge 51 or 52 plastically deforms.
- the sealing web 51 and preferably also the sealing web 54 is axially only so thick that it is not compressed during assembly.
- the plastic material of the sealing sleeve 50 has the possibility to avoid, so that the problem of decreasing axial pressing force is avoided.
- the sealing sleeve 50 is molded as in the first embodiment of an elastomeric material by injection molding in one piece. Apart from the differences described, the phase adjuster of the fourth embodiment corresponds to the phaser of the first embodiment.
- FIGS. 8 to 10 show the central area of a phaser in a fifth embodiment.
- the longitudinal sections of the FIGS. 8 and 9 are offset from each other in the circumferential direction, and
- FIG. 10 shows the in FIG. 9 registered section XX.
- the attachment structure 10 is formed by the valve housing 10 of a central control valve of the phaser.
- a valve piston 20 is arranged axially reciprocally movable. It is acted upon by a valve spring 14 in the one direction of its mobility and by means of an electromagnetic actuator of the valve spring 14 against a restoring force as in the other embodiments.
- the rotor 7 is pressed by the valve housing 10 axially against the camshaft 1 and thereby connected to this torque.
- the valve housing 10 has, as also in the first embodiment, a control connection A connected to the control chambers K 1 and a control connection B connected to the control chambers K 2 , each opening into the annular gap 16 between the rotor 7 and the valve housing 10 and via the Annular gap 16 are connected to the respective associated connection channels of the rotor 7 and via this with the respectively associated adjusting chambers K 1 or K 2 .
- the annular gap 16 also opens, in particular in FIG. 9 recognizable, formed in the valve housing 10 pressure port P, via which the phaser is supplied with the pressurized fluid.
- the positioning chambers K 1 and K 2 of the stator-rotor arrangement ( Fig.
- valve piston 20 assumes an axial position in which the pressure port P of the control valve is connected to the control port A for pressurizing the actuating chambers K 1 , while the actuating chambers K 2 via the control port B and through the interior of the valve piston 20 and one of the valve piston 20 formed Tank connection T B are relieved of pressure.
- valve piston 20 If the valve piston 20 is acted upon by the force of the valve spring 14 with a sufficiently large actuating force, the valve piston 20 closes the control port A with the tank port T A , which is identical to the tank port T B , and connects the pressure port P of the control valve with the other Control connection B.
- a sealing sleeve 50 is arranged, which essentially according to the first embodiment around the rotation axis R circumferential sealing webs, namely a first sealing bar 51, a second sealing bar 52 and a third sealing bar 53 has.
- the sealing web 52 located between the connections A and B separates the connections A and B fluidly from one another.
- the sealing sleeve 50 has two sealing ridges 52 which are axially spaced apart and each provide a seal.
- the two sealing webs 52 could be combined into one, or it could be one.
- the sealing web 53 separates the control port B from the pressure port P, to which also the port P formed by the camshaft 1 is calculated, through which the pressure fluid flows into the annular gap 16.
- the annular gap 16 accordingly comprises a gap section formed between the valve housing 10 and the rotor 7 and an adjoining further gap section formed between the camshaft 1 and likewise the valve housing 10, such as in the third exemplary embodiment (FIG. Fig. 6 ).
- the sealing sleeve 50 extends into this further gap section of the annular gap 16.
- the sealing sleeve 50 of the fifth embodiment includes, as in the third embodiment, a filter device 300, which is arranged on the flow path of the pressurized fluid in the annular gap 16 between the port P of the camshaft 1 and the pressure port P of the valve housing 10.
- the filter device 300 is flowed through axially in the annular gap 16 and accordingly has a filter cross-section with an axial projection surface.
- the sealing sleeve 50 further has a plurality of axially extending channels 60 distributed around the rotation axis R on its inner peripheral surface facing the valve housing 10 (FIG. Fig. 9 ), which are as preferred, but only by way of example on the inner peripheral surface of the sealing sleeve 50 open.
- the channels 60 may in particular be groove-shaped.
- the channels 60 extend from the end face of the sealing sleeve 50, which faces the camshaft 1, in each case to the pressure port P of the valve housing 10, thus connecting the port P of the valve housing 10 to the port P of the camshaft 1.
- the sealing sleeve 50 is provided with one or more additional channels 60 in which or in which the pressurized fluid in the annular gap 16 and optionally distributed, for example, the P-connection of the valve housing 10 is supplied, opens up additional possibilities for the design of the fluid guide for the phaser.
- One or more such additional channels 60 may or may also be provided in any of the other embodiments, for example, as in the fifth embodiment, in the supply of the pressurized fluid to a central control valve or, for example, in the discharge to a tank port such as one of the tank ports T A and T B , to give just examples.
- the respective sealing sleeve 50 need only be sufficiently thick in the region of the one or more channels 60 in order to be able to form the one or more channels 60 by means of the respective sealing sleeve 50.
- FIG. 11 shows a arranged on the camshaft 1 phaser a sixth embodiment in a central region in which, as in the other embodiments, the non-rotatable joint assembly of camshaft 1 and rotor 7 is formed. From the stator, the two covers 4 and 6 can be seen.
- the rotor 7, as in the other embodiments by means of a central mounting structure 100 rotatably connected to the camshaft.
- the fastening structure 100 projects axially into and through the rotor 7 and into a hollow end section of the camshaft 1 and is connected, preferably screwed, in the region of its connecting section 12 to the camshaft 1.
- the mounting structure 100 presses the rotor 7 axially in the direction of the camshaft 1, as in the other embodiments directly against the camshaft 1, and thereby establishes the rotationally fixed connection.
- the stator is movable in the region of its cover 4 relative to the camshaft 1 and in the region of its cover 6 relative to the fastening structure 100 as part of its rotational angle adjustability, preferably in each case with rotational sliding bearings.
- the stator and the Rotor 7 are designed as in the other embodiments, so that reference can be made in this regard to the description of the first embodiment.
- the attachment structure 100 is not formed by a control valve in deviation from the embodiments described so far.
- the control valve which controls the rotational angle adjustments of the rotor 7 relative to the stator, is arranged externally with respect to the stator-rotor arrangement, preferably close to the stator-rotor arrangement.
- the pressure fluid is the adjusting chambers K 1 and K 2 ( FIG. 2 ) supplied to the stator-rotor assembly for pressurizing and discharged from the adjusting chambers K 1 and K 2 also via the annular gap 16 for pressure relief.
- the annular gap 16 comprises two adjacent axial sections, one of which is formed between the attachment structure 100 and the rotor 7 and the other between the attachment structure 100 and the hollow end portion of the camshaft 1.
- the two tank connections T A and T B also form the pressure connection P of the phaser in dependence on the state which the external control valve assumes.
- the pressure fluid from the control valve flows through the pressure port P, which forms the tank port T A in another state of the control valve in the annular gap 16 and the annular gap 16 and the opening in the annular gap 16 terminal A, the Connection channels 7a ( FIG. 2 ) of the rotor 7, into the control chambers K 1 .
- the adjusting chambers K 2 are simultaneously relieved of pressure in the annular gap 16 and from there via the tank connection T B to the control valve via connecting channels formed in the rotor 7 whose mouth regions jointly form the control connection B.
- the pressure fluid from the control valve flows through the openings forming the tank connection T B , which form the pressure port P of the phaser in this valve state, into the annular gap 16 and over the annular gap 16 and the further connecting channels of the rotor 7 Connection B in the adjusting chambers K 2 .
- the adjusting chambers K 1 are relieved of pressure by the pressure fluid flows out of the adjusting chambers K 1 via the port A and the annular gap 16 and the tank port T A in the direction of the control valve.
- a sealing sleeve 50 is arranged to fluidly separate the ports A, B, P and T A and P and T B from each other.
- the tank connection T A forms the pressure connection P
- the tank connection T B forms the pressure connection P of the stator-rotor arrangement.
- the control valve may also be formed in such a way that it simultaneously conducts the pressurized fluid to both ports T A and T B , so that both tank ports form the pressure port P together to pressurize both sets of control chambers K 1 and K 2 simultaneously with the pressurized fluid and the rotor 7 in a rotational angular position between the early position and to hold the late position.
- the sealing sleeve 50 comprises a first sealing web 51, a second sealing web 52 and a third sealing web 53 and a connecting web 56 which extends axially between the sealing webs 51 and 52 and connects them together, and a connecting web 50 extending axially between the sealing webs 52nd and 53 and connects them together.
- the sealing web 52 seals the connections A and B against each other.
- the sealing web 53 seals the connections B and T B against the tank connection T A.
- the sealing sleeve thus fluidly separates the two groups of actuating chambers K 1 and K 2 in the annular gap 16.
- the ports B and T B open axially between the sealing webs 52 and 53 in the region of the connecting web 57 in the annular gap 16.
- the terminals A and T A open on the left and right outside the sealed by the sealing webs 52 and 53 gap portion in which the terminals B and T B lead.
- the sealing bar 51 protrudes into a recess, which is formed on the side facing away from the camshaft 1 side as a circumferential shoulder on the rotor 7.
- the fastening structure 100 presses with a fastening shoulder axially against the rotor 7 and at the same time against the sealing web 51.
- the fastening shoulder of the fastening structure 100 does not press directly against the sealing web 51, but via a pressure body, on the outer circumference of the stator , namely the lid 6, is mounted.
- the sealing sleeve 50 rests with its sealing webs 51, 52 and 53 only on the rotor 7 and on an inner circumference of the camshaft 1. Between the outer circumference of the mounting structure 100 and the sealing sleeve 50 remains an annular gap 61, which connects the port A to the tank port T A.
- the sealing sleeve 50 may be supported on the circumference of the fastening structure 100, and on the inner circumference of the sealing sleeve 50, at least one axial channel open on the inner peripheral surface of the sealing sleeve 50 may be formed. More preferably, in such a modification, a plurality of such channels may be formed distributed over the inner circumference of the sealing sleeve 50.
- the one or more channels would replace the annular gap 61 by the one or more channels connecting or connecting terminals A and T A.
- Advantage of the modification would be that the sealing sleeve 50 is supported radially inwardly of the mounting structure 100.
- the sealing sleeve 50 is seen over its axial length sufficiently rigid to the required contact pressure for sealing with the inner To ensure peripheral surface of the rotor 7 and the inner circumferential surface of the camshaft 1.
- the sealing sleeve 50 may, for example, comprise a rigid support sleeve extending from the sealing web 51 to the sealing web 53, which is encapsulated with an elastomer material in order to obtain the sealing webs 51, 52 and 53 in the required elasticity.
- the support structure may be formed, for example, of a metal material or a sufficiently rigid plastic.
- a carrier sleeve can directly form the sealing web 52 or the sealing web 53 by the sealing web 52 or 53 by appropriate shaping not material elastic but elastic in form elastic against the inner peripheral surface of the rotor 7 or the camshaft 1 or press respectively ,
- FIGS. 12 and 13 show a mounting structure 10, which is molded with a sealing sleeve 50 made of an elastomeric material.
- the sealing sleeve 50 comprises the sealing webs 51, 52 and 53 and the axially extending between each two adjacent sealing webs connecting webs 56 and 57 which connect the left and right adjacent sealing webs together.
- the attachment structure 10 is, as in other embodiments, a valve housing 10 of a control valve of the phaser.
- the control valve corresponds to that of the first embodiment.
- the integrally formed by encapsulation sealing sleeve 50 has in the region of the connecting webs 56 and 57 distributed over the circumference of a plurality of passages which are in registration with openings of the control terminals A and B forming control channels of the valve housing 10. In this way, a short, low-resistance fluid connection between the control valve 10 and the surrounding rotor is obtained in the mounted state for the stator-rotor assembly.
- the mounting structure 10 at its outer periphery in the axial overlap with the sealing sleeve 50 has a relief-like, knurled, for example, a roughened circumference 70 with a plurality of flat elevations and corresponding recesses into which the elastomer material penetrates during injection molding.
- the contact surface of the fastening structure 10 and the sealing sleeve 50 is increased and obtained both in the axial direction and in the circumferential direction, a tight fit between these two structures 10 and 50.
- the outer circumferential surface of the fastening structure 10 in the region of the sealing sleeve 50 can also be smooth. It should also be added to the sealing webs 51-53 that, as in the first exemplary embodiment, they taper radially outward, in the direction of the inner peripheral surface of the rotor.
- the phase adjuster of the seventh embodiment corresponds to that of the first embodiment.
- the fastening structure 10 with the integrally formed sealing sleeve 50 can replace the fastening structure 10 and the sealing sleeve 50 of the first exemplary embodiment.
- FIG. 14 shows the central mounting structure 10 and a sealing sleeve 50 mounted on the outer periphery of the mounting structure 10, from a phaser of an eighth embodiment.
- the sealing sleeve 50 is manufactured separately from the mounting structure 10 and pressed or glued to the outer circumference of the mounting structure 10 at 71. Press and adhesive connection 71 can each be realized exclusively or in combination.
- the arrangement of fastening structure 10 and sealing sleeve 50 corresponds to that of the seventh embodiment.
- FIG. 15 For example, a central mounting structure 10 and a sealing sleeve 50 mounted thereon are shown in a ninth embodiment.
- the attachment structure 10 is again formed by a valve housing 10 of a control valve according to the first embodiment.
- the sealing sleeve 50 is positively and frictionally connected to the mounting structure 10. It has in the region of its sealing webs 51, 52 and 53 engagement elements 72 which are engaged with engaging counter-elements 73 of the mounting structure 10 in engagement.
- the engaging elements 72 are in relation to the engagement Abragept and the engagement counter-elements 53 accordingly depressions.
- the engagement counter elements 73 are circumferential, groove-shaped channels around the rotation axis R.
- the engagement elements 72 are formed as round the axis of rotation R annular circumferential projections.
- the sealing webs 51, 52 and 53 are as in the third embodiment ( FIG. 6 ) in profile diamond-shaped, wherein the radially opposite Rauteneck Schemee outside sealingly abut the inner peripheral surface of the rotor 7 when the mounting structure 10 is inserted into the central passage of the rotor 7 or in particular the phaser mounted on the camshaft, and form the radially inner Rauteneck Schemee the engagement elements 72, ie, one engagement element per sealing ridge 51, 52 and 53.
- the engagement elements 72 and engagement counter-elements 53 also form the seal with the attachment structure 10 in engagement with each other.
- the sealing sleeve 50 may additionally be fixed in the circumferential direction, for example by an adhesive connection or an additional positive connection, in order to more reliably prevent a twisting of the sealing sleeve 50 relative to the fastening structure 10.
- the arrangement of fastening structure 10 and sealing sleeve 50 corresponds to those of the seventh and eighth embodiments.
- FIG. 16 shows the rotor 7 and the central mounting structure 10 of a phaser in a tenth embodiment.
- a sealing sleeve 50 is positioned and fixed.
- the sealing sleeve 50 is axially enclosed between an end face 10 a of the fastening structure 10 and an end face 7 c of the rotor 7.
- the end face 10a is an inner annular surface area of the attachment shoulder of the attachment structure 10.
- the axially opposite end face 7c is a shoulder surface of the rotor 7, over which the diameter of the central passage of the rotor 7 is reduced.
- the two outer sealing webs 51 and 53 are axially against the respectively facing end face 10a and 7c and seal the connections A and B to the environment.
- the middle sealing web 52 seals the connections A and B against each other.
- the sealing webs 51, 52 and 53 are substantially rectangular, that is not tapered. Accordingly, it is advantageous if, when the sealing sleeve 50 is designed as an injection-molded sleeve, a softer elastomer material is used in comparison with other embodiments. In a modification, however, the sealing webs 51 to 53 can taper towards the rotor 7 or the fastening structure 10, although care must be taken that the sealing webs 51 and 53 bear sealingly against the end faces 10a and 7c, the sealing sleeve 50 thus after is axially framed between the end faces 10a and 7c, and seal to the outside.
- the phase adjuster corresponds to that of the first exemplary embodiment.
- the diameter of the central passage of the rotor 7 is reduced in several stages, one step per sealing ridge of the sealing sleeve 50.
- the sealing sleeve 50 again comprises the first sealing ridge 51, the second sealing ridge 52 and the third sealing ridge 53 and connecting webs connecting them 56 and 57.
- the sealing sleeve 50 is axially enclosed between an end face 10a of the fastening structure 10 and an end face 7c of the rotor 7 and seals the annular gap 16 over the axial length of the sealing sleeve 50 by contact with the shoulder face 10a and contact with the shoulder surface 7c to the outside, to the environment.
- the sealing web 51 abuts against an end face 7d of the rotor 7 and the sealing web 52 abuts on a further end face 7e of the rotor 7 on its side remote from the end face 10a.
- the phase adjuster corresponds to that of the previous embodiment ( FIG. 16 ).
- FIG. 18 shows a phaser of a twelfth embodiment, which differs from the first embodiment only in the sealing sleeve 50.
- the sealing effect of the respective sealing sleeve 50 was based at least in the Essentially on material elasticity, ie on the elastic properties of the elastomer material used.
- the sealing effect is obtained at least essentially by a corresponding shaping and thus by the elasticity of the sealing sleeve 50.
- the sealing sleeve 50 comprises the sealing webs 51, 52 and 53 and the sealing webs interconnecting connecting webs 56 and 57.
- the sealing sleeve 50 may be formed in particular of a metal material, for example spring steel.
- the sealing webs 51, 52 and 53 are corrugated in profile. Each of the seal lands 51, 52, and 53 is in sealing contact with the outer peripheral surface of the mounting structure 10 around the rotation axis R and sealingly contacts the inner peripheral surface of the rotor 7 to seal the terminals A and B in the annular gap 16 from each other and the environment ,
- the phase adjuster corresponds to that of the first exemplary embodiment.
- FIG. 20 shows the mounting structure 10 of the first embodiment with a sealing sleeve 50, which has only the two sealing webs 52 and 53 and the connecting web 57 connecting them.
- the engagement elements 59 are formed in the region of the connecting web 57.
- FIG. 21 shows an embodiment in which the sealing sleeve 50 has only two sealing webs, namely the sealing web 52 and the sealing web 53, and a connecting web 57 connecting these sealing webs 51 and 52 together.
- the sealing webs 52 and 53 take over the embodiments of the FIGS. 1 to 18 to the local sealing webs 52 and 53 explained functions.
- the sealing sleeve 50 is the embodiment of FIGS. 12 and 13 arranged correspondingly on the outer periphery of the attachment structure 10.
- the fastening structure 10 is with the sealing sleeve 50th encapsulating elastomeric material.
- the attachment structure 10 has a roughed circumference 70 in the overmolded axial section, preferably a relief-like surface, in order to improve the firm connection with the sealing sleeve 50.
- the fastening structure 10 and the sealing sleeve 50 correspond to those of the exemplary embodiment of FIGS. 12 and 13 , so that reference is made to the local description and incidentally to the first embodiment.
- FIG. 22 a fastening structure 10 is shown with a sealing device fixedly arranged thereon, which is not formed as a sealing sleeve, but by two separate sealing webs 52 and 53.
- the attachment structure 10 is in each case an axial section between the terminals A and B and the terminals B and T B encapsulated with an elastomer material, which forms one of the sealing webs 52 and 53, respectively.
- the mounting structure 10 has radially below the sealing webs 52 and 53 circumferentially each have a narrow, radially outwardly projecting rib, which is molded with the elastomer material on each of the peripheral surface and on both axial sides.
- a connecting web interconnecting these two webs can be formed corresponding to the connecting web 57 of the other embodiments and the separate sealing webs 52 and 53 thereby further developed into a sealing sleeve.
- the formation of the flat, circumferential ribs on the mounting structure 10 can be seen as another example of a positive connection, by the example, the engagement of the at least one engaging element 59 and the at least one engagement counter-element 19 of the first embodiment or the roughened peripheral surface in the embodiments of FIGS. 12, 13 and 21 can be replaced.
- FIG. 23 shows in an isometric view of a fastening structure 10 with a likewise modified sealing sleeve 50, as in the embodiments of the FIGS. 19 to 21 only the sealing webs 52 and 53 and a connecting web 57 connecting them together.
- the sealing sleeve 50 is not pushed or pulled axially onto the mounting structure 10, but mounted from the side. It is once axially divided for this purpose, the division is designated 50a, so that it can be bent sufficiently far against its elastic restoring force and placed in the bent state from the side, radially, on the outer circumference of the mounting structure.
- the Fixing structure 10 is as in the embodiments of FIGS. 21 and 22 formed by the valve housing 10 of a centrally disposed control valve according to the first embodiment.
- Each of the sealing sleeves 50 connected to the fastening structure 10 in a joining process can, according to the exemplary embodiment of FIG. 23 have a partition 50a to be able to be placed from the side around the mounting structure 23.
- non-split seal sleeves 50 are preferred.
- FIG. 24 shows a phaser with a comparison with the first embodiment modified stator-rotor assembly.
- the central fastening structure 10 with integrated filter device 30 and integrated blocking element 40 corresponds to the first exemplary embodiment.
- the annular gap 16 and the sealing sleeve 50 of the first embodiment is arranged.
- the stator 3 is only in two parts.
- the middle part 5 and the lid 6 are molded in one piece.
- the locking mechanism comprises a locking pin 83 which is received in a stepped bore of the rotor 7 and axially guided.
- the pin 83 may, upon pressurization of a pressure chamber 84 against the force of a locking spring 85 from the in FIG. 24 assumed locked position to be moved to a release position to move the rotor 7 toward the late position can.
- it is fluidically connected to the nearest late setting chamber K 2 .
- the locking pin mechanism 83 Apart from the impingement of a late adjustment chambers K 2 corresponds to the locking pin mechanism 83 comprising locking said DE 10 2011 004 539 ,
- the locking mechanism of the first embodiment ( Figures 1-4 ) Special features.
- the locking pin 80 is received in the rotor 7 in a simple, non-stepped bore and guided axially.
- This bore is formed in the rotor 7 of the first embodiment as a blind bore, so that the locking spring 82 directly on the rotor 7 and not as in the embodiment of FIG. 24 supported on an inserted support member 86. Because of the support of the locking spring 82 directly on the rotor, in the first embodiment directly to a rear wall of the blind bore formed by the rotor 7, eliminates a separate to be manufactured and mounted support member, such as the support member 86.
- Such support elements are usually made of plastic, resulting in the risk arises that the support member 86 move axially during operation of the phaser and thereby axial friction pressure on the opposite end face of the stator 3, in FIG. 24 of the stator cover 4, can exercise. This is prevented in the locking mechanism of the first embodiment by the direct support on the rotor 7.
- Another difference is that in the first embodiment, the pressure chamber 81 immediately adjacent to the locking opening of the stator 3, here the stator cover 4, and the end face of the locking pin 80, which limits the pressure chamber 81 and is therefore acted upon by the pressure prevailing therein, directly to the stator end face, here the stator cover 4, axially opposite.
- the pressure chamber 81 is in fluid communication with the locking opening of the stator 3, in which the locking pin 80 is immersed in the locked state, so that also immersed in the locking opening end face of the locking pin 80 with the pressurized fluid is acted upon from the pressure chamber 81.
- a locking mechanism is obtained which is as safe as in the embodiment of FIG. 24 locked and unlocked, but on the other hand structurally simplified, improved with regard to the described friction problems and not least for these two reasons is also more robust.
- the pressure chamber 81 may be connected to an adjacent parking chamber K 2 or directly to the B port.
- the phase adjuster comprises a counter-holder 75 which projects at an end facing the camshaft 1 with a flange in an axial gap between the rotor 7 and the attachment shoulder of the mounting structure 10.
- This flange of the counter-holder 84 acts like a washer. He intercepts frictional forces during assembly and thereby relieves a stakeout with which the rotor 7 or the camshaft 1 is or will be secured during assembly of the phaser.
- the anvil 75 further terminates a space at the rear, in which the torsion spring 17 is arranged.
- the counter-holder 75 serves in this way as a captive in the event that the torsion spring 17 should break.
- the counter-holder 75 can also be used as a rotary encoder whose angular position and thus the rotational angular position of the rotor 7, relative to the stator 3 can be detected by means of a sensor.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft die Abdichtung eines fluidischen Phasenstellers zur Verstellung der Drehwinkelposition einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine.
- Zur Erhöhung von Leistung und Drehmoment, aber auch zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasschadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Straßenfahrzeuge haben Nockenwellen-Phasensteller zur Variation der Einlass- und auch Auslasssteuerzeiten Verbreitung gefunden. Aufgrund der hohen Zuverlässigkeit, aber auch im Hinblick auf eine günstige Kosten-Nutzen-Relation haben sich hydraulische, durch das Schmieröl für die Brennkraftmaschine betätigte Phasensteller nach dem Prinzip des hydraulischen Schwenkmotors bewährt. Die Phasensteller weisen einen Stator und einen Rotor auf, die durch Druckbeaufschlagung von Stellkammern relativ zueinander verdrehbar sind. Der Rotor ist typischerweise mittels einer zentral durch den Rotor erstreckten Befestigungsstruktur, beispielsweise eine Befestigungsschraube, drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Die Stellkammern sind über einen zwischen der zentralen Befestigungsstruktur und dem Rotor verbleibenden Ringspalt mit dem Druckfluid beaufschlagbar. Im Hinblick auf die Kosten dürfen die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeiten der einzelnen Bauteile des Phasenstellers nicht hoch angesetzt werden. Andererseits besteht die Forderung, dass Leckagen zwischen den Bauteilen auf ein Minimum reduziert werden. Leckagen erfordern eine größere Dimensionierung des Aggregats, typischerweise die Motorschmierölpumpe, das den Phasensteller mit dem Druckfluid versorgt. Damit verbunden sind eine Vergrößerung des Bauraums, des Gewicht und der Leistungsaufnahme des Versorgungsaggregats und eine Erhöhung der Kosten.
- In Bezug auf die Leckage sind die Übertrittstellen problematisch, an denen das Druckfluid zur Druckbeaufschlagung der Stellkammern in den Ringspalt eintritt und zur Druckentlastung austritt. Um den Rotor des Phasenstellers mittels der zentralen Befestigungsstruktur stirnseitig mit der Nockenwelle drehfest verbinden zu können, muss allerdings zwischen dem Außenumfang der Befestigungsstruktur und dem umgebenden Innenumfang des Rotors ein definiertes Spiel herrschen, um undefinierte Reibmomente zwischen den Bauteilen bei der Montage zu vermeiden. Entsprechend dem durch die Fertigungstoleranzen von Befestigungsstruktur und Rotor bestimmten Spiel ergibt sich in Abhängigkeit von der Viskosität des Druckfluids und somit insbesondere der Temperatur eine mehr oder weniger große Leckage. Eine besondere Problematik besteht beim Einsatz von Rotoren aus Aluminium, die beispielsweise im Strangguss oder durch Sintern hergestellt und zur Reduzierung des Gewichts und des Trägheitsmoments des Phasenstellers verwendet werden. Ist die Befestigungsstruktur aus Stahl gefertigt, vergrößert sich die Spaltweite zwischen Rotor und zentraler Befestigungsstruktur aufgrund der größeren Wärmedehnung von Aluminium im Vergleich zu Stahl mit zunehmender Temperatur, so dass mit einer Verringerung der Viskosität des Druckfluids auch noch eine Spaltweitenvergrößerung einhergeht, die insbesondere in Heißleerlaufphasen der Verbrennungskraftmaschine zum Druckabfall in den beaufschlagten Stellkammern beiträgt.
- Eine Möglichkeit, die Problematik der Leckage zu entschärfen, ist die Anordnung von O-Ringen. Eine Abdichtung mit O-Ringen beschreibt beispielsweise die
DE 10 2008 030 057 A1 . O-Ringe erfordern die Anordnung in entsprechend geformten Nuten und somit axialen Bauraum, der nur begrenzt zur Verfügung steht. Eine brauchbare Dimensionierung der O-Ringe ist daher nicht immer möglich. Ferner ist die automatisierte Montage von O-Ringen aufwändig. Auch besteht die Gefahr, dass sich die aus einem Elastomerwerkstoff bestehenden O-Ringe bei einer während der Montage auftretenden Relativdrehung zwischen Befestigungsstruktur und Rotor aufgrund hoher Reibkoeffizienten aufwerfen, was zu undefinierten Reibmomenten im Fügeverbund von Nockenwelle, Phasenstellerrotor und Befestigungsstruktur bis hin zur Zerstörung der O-Ringe führen kann. DieDE 10 2008 030 057 A1 offenbart auch die Abdichtung mittels einer Dichtmanschette, die einen der in den Ringspalt mündenden Anschlüsse links und rechts abdichtet. Die Dichtmanschette wird in Kombination mit einem oder mehreren O-Ringen verwendet, der oder die zur Abdichtung der weiteren Anschlüsse im Ringspalt dienen. Der für die Montage erforderliche Aufwand und die zu reinen O-Ring Lösungen genannten Probleme werden daher nicht verringert. - Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, bei einem Nockenwellen-Phasensteller, in den für eine drehfeste Verbindung mit einer Nockenwelle unter Ausbildung eines Ringspalts eine zentrale Befestigungsstruktur ragt, in den Ringspalt mündende Anschlüsse für ein Druckfluid auf platzsparende und einfache, dennoch zuverlässige Weise gegeneinander abzudichten, also fluidisch voneinander zu trennen, und auch die automatisierte Montage des Phasenstellers zu erleichtern.
- Die Erfindung geht von einem Phasensteller zur Verstellung der Drehwinkelposition einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine aus, der einen von der Kurbelwelle drehantreibbaren Stator, einen vom Stator um eine Drehachse drehantreibbaren und zum Drehantreiben der Nockenwelle mit dieser verbindbaren oder verbundenen Rotor und eine zur drehmomentfesten Verbindung von Rotor und Nockenwelle axial in und zweckmäßigerweise durch den Rotor erstreckte Befestigungsstruktur umfasst. Zwischen der Befestigungsstruktur und dem Rotor, optional auch zwischen der Befestigungsstruktur und der Nockenwelle, verbleibt ein Ringspalt. Der Rotor bildet mit dem Stator wenigstens eine erste Stellkammer und wenigstens eine zweite Stellkammer, die jeweils mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, so dass der Rotor durch entsprechende Druckbeaufschlagung der ersten oder der zweiten Stellkammer relativ zum Stator um die Drehachse und dadurch die Drehwinkelposition des Rotors relativ zum Stator verstellt werden kann. Der Phasensteller ist vorzugsweise vom Schwenkflügeltyp. Bei Phasenstellern vom Schwenkflügeltyp wirkt das Druckfluid in der ersten Stellkammer in die eine Umfangsrichtung und in der zweiten Stellkammer in die andere Umfangsrichtung auf den Rotor, jeweils bezogen auf dessen Drehachse. Bevorzugt bilden der Stator und der Rotor um die Drehachse verteilt mehrere erste Stellkammern und mehrere zweite Stellkammern, indem Flügel des Rotors radial zwischen Backen des Stators ragen, so dass in einer axialen Sicht auf den Rotor jeweils zur einen Seite der Flügel die ersten Stellkammern und zur anderen Seite die zweiten Stellkammern gebildet sind.
- Der Phasensteller umfasst ferner eine Dichtungseinrichtung mit wenigstens drei Dichtstegen, die im Folgenden auch als erster Dichtsteg, zweiter Dichtsteg und dritter Dichtsteg bezeichnet werden. Die Dichtstege erstrecken sich jeweils um die Drehachse und sind elastisch nachgiebig. Sämtliche Dichtstege können sich im Ringspalt erstrecken. Es kann aber auch einer der Dichtstege oder ein optional weiterer Dichtsteg der Dichtungseinrichtung außerhalb des Ringspalts angeordnet sein, um den Ringspalt an einem axialen Ende abzudichten, insbesondere an dem axialen Ende des Ringspalts an einer Stirnfläche des Rotors oder der Befestigungsstruktur dichtend anliegen. Es kann auch noch ein weiterer der wenigstens drei Dichtstege oder stattdessen ein optionaler vierter oder auch fünfter Dichtsteg der Dichtungseinrichtung außerhalb des Ringspalts angeordnet sein, um den Ringspalt auch am anderen Ende abzudichten, insbesondere an einer am anderen axialen Ende des Ringspalts gelegenen Stirnfläche des Rotors oder der Befestigungsstruktur dichtend anliegen. Das Wort "oder" wird hier wie auch überall sonst von der Erfindung im Sinne eines "inklusiv oder" verstanden, umfasst also sowohl die Bedeutung von "entweder ... oder" als auch die Bedeutung von "und", soweit sich aus dem jeweils konkreten Zusammenhang nicht ausschließlich nur eine dieser beiden Bedeutungen ergeben kann. In Bezug auf das Anliegen an einer Stirnfläche des Rotors oder der Befestigungsstruktur beispielsweise bedeutet dies, dass der betreffende Dichtsteg in einer ersten Variante nur an einer Stirnfläche des Rotors und nicht an einer Stirnfläche der Befestigungsstruktur dichtend anliegt, in einer zweiten Variante, dass der betreffende Dichtsteg nur an einer Stirnfläche der Befestigungsstruktur und nicht an einer Stirnfläche des Rotors und in einer dritten Variante, dass der betreffende Dichtsteg sowohl radial außen an einer Stirnfläche des Rotors als auch radial innen an einer Stirnfläche der Befestigungsstruktur dichtend anliegt.
- Axial zwischen dem ersten Dichtsteg und dem zweiten Dichtsteg mündet ein erster Fluidanschluss in den Ringspalt. Durch den ersten Fluidanschluss ist das Druckfluid der wenigstens einen oder den bevorzugt mehreren ersten Stellkammern zuführbar. Axial zwischen dem zweiten Dichtsteg und dem dritten Dichtsteg mündet ein zweiter Fluidanschluss in den Ringspalt. Durch den zweiten Fluidanschluss ist das Druckfluid von der wenigstens einen oder den bevorzugt mehreren zweiten Stellkammern abführbar. Zweckmäßig ist, wenn das Druckfluid durch den ersten Fluidanschluss von der einen oder den mehreren ersten Stellkammern auch abführbar und der erste Fluidanschluss in diesem Sinne der oder den ersten Stellkammern zugeordnet ist. Solch ein zugeordneter erster Fluidanschluss wird im Folgenden wie üblich auch als A-Anschluss bezeichnet. Bei dem ersten Fluidanschluss kann es sich stattdessen aber auch um einen im Zustrom des Druckfluids an einem stromaufwärtigen Ende eines Steuerventils oder stromauf von einem Steuerventil für den Phasensteller gelegenen Druckanschluss, den sogenannten P-Anschluss handeln, über den das Druckfluid dem Steuerventil und über dieses gesteuert oder geregelt beiden Arten von Stellkammern zugeführt werden kann. Zweckmäßig ist, wenn das Druckfluid durch den zweiten Fluidanschluss der einen oder den mehreren zweiten Stellkammern auch zuführbar und der zweite Fluidanschluss in diesem Sinne der oder den zweiten Stellkammern zugeordnet ist. Solch ein zugeordneter zweiter Fluidanschluss wird im Folgenden wie üblich auch als B-Anschluss bezeichnet. Bei dem zweiten Fluidanschluss kann es sich stattdessen aber auch um einen Tankanschluss handeln, der auf dem Weg des vom Phasensteller abströmenden Druckfluids an einem stromabwärtigen Ende eines Steuerventils oder stromab von einem Steuerventil für den Phasensteller liegt. Dieser Tankanschluss kann nur dem einen oder den mehreren zweiten Stellkammern zugeordnet sein, das Druckfluid also nur aus diesen Kammern abführen, oder aber auch als Tankanschluss für die eine oder die mehreren ersten Stellkammern dienen.
- Nach der Erfindung bildet eine Dichtungshülse in einem Stück die Dichtstege und ferner Verbindungsstege, die axial zwischen den Dichtstegen gelegen sind und die Dichtstege miteinander verbinden. Die Dichtungshülse ist an dem Rotor oder an der Befestigungsstruktur befestigt, was auch Einbausituationen umfasst, in denen die Dichtungshülse erst durch den Fügeverbund von Rotor und Befestigungsstruktur fixiert wird. Die Dichtungshülse ist in einem Stück in einem Verfahren der Urformung oder Umformung geformt. Sie kann insbesondere aus einem Elastomerwerkstoff und bevorzugt im Spritzguss geformt sein. Als Elastomerwerkstoff versteht die Erfindung elastomere Kunststoffe und auch Werkstoffe auf der Basis von Naturkautschuk. Sie kann ein oder mehrere eingeformte Teile enthalten, beispielsweise ein oder mehrere Filterelemente zum Reinigen des Druckfluids, ein oder mehrere Versteifungsteile oder ein oder mehrere Verbindungsteile, das oder die einen oder mehrere der Verbindungsstege bilden können. Wenigstens einer der Verbindungsstege kann beispielsweise die Dichtungshülse versteifen oder zu einem Filterelement weitergebildet sein, Verbindungs- und Versteifungs- oder Filterfunktion also miteinander kombinieren. Die Dichtungshülse kann alternativ zu Kunststoff auch zumindest im Wesentlichen aus einem Metallwerkstoff und in derartigen Ausführungen bevorzugt durch Umformung gefertigt sein, beispielsweise indem die in solchen Ausführungen metallenen Dichtstege federnd nachgiebig gewellt sind. Eine Trägerstruktur aus Metall oder Kunststoff kann ferner mit einem Elastomerwerkstoff umspritzt sein, um die Dichtungshülse zu bilden. Die Trägerstruktur kann in den Bereichen der Dichtstege bereits radial elastisch nachgiebige Stege aufweisen, die bei dem Umspritzen mit Elastomerwerkstoff beschichtet werden. Die Elastizität der Dichtstege kann aber auch allein nur durch den Elastomerwerkstoff gegeben sein. Weist die Dichtungseinrichtung einen oder mehrere weitere Dichtstege auf, bildet die Dichtungshülse bevorzugterweise auch diese in einem Stück mit den wenigstens drei Dichtstegen. Die Dichtungshülse kann auch unmittelbar auf der Befestigungshülse oder einem inneren Umfang des Rotors durch Urformung, insbesondere Spritzgießen, erzeugt werden.
- Im Bereich von wenigstens einem der Verbindungsstege ist einer der Fluidanschlüsse gebildet. Dies bedeutet, dass der betreffende Verbindungssteg vom Druckfluid durchströmbar ist. Bevorzugt ist im Bereich von jedem der wenigstens zwei Verbindungsstege, von denen der eine den ersten Dichtsteg mit dem zweiten Dichtsteg und der andere den zweiten Dichtsteg mit dem dritten Dichtsteg verbindet, jeweils einer der genannten Fluidanschlüsse gebildet.
- Die Schaffung der Dichtstege als Einheit, nämlich in Form der Dichtungshülse, erleichtert und beschleunigt die Montage erheblich. Es müssen pro Phasensteller nicht mehrere Dichtungselemente, wie etwa einzelne Dichtungsringe, separat montiert werden. Um zwei Fluidanschlüsse des Phasenstellers gegeneinander und zusätzlich links und rechts außen abzudichten, genügen die wenigstens drei Dichtstege der Dichtungshülse, die als Einheit montiert werden kann. Die Gefahr einer fehlerhaften Montage wird verringert. Durch die Montage der Dichtungshülse als Einheit sind gleichzeitig auch die axialen Positionen der wenigstens drei Dichtstege ausreichend genau festgelegt. Eine positionsgenaue Montage der Dichtungshülse gewährleistet in einem Schritt eine positionsgenaue Montage der Dichtstege, es muss lediglich die Dichtungshülse im Ganzen bei ihrer Formung ausreichend genau gefertigt werden. Die Formung der Dichtungshülse derart, dass bei der Formung unmittelbar die wenigstens drei Dichtstege und die sie miteinander verbindenden Verbindungsstege erzeugt werden, vereinfacht auch die Herstellung der Dichtungseinrichtung im Vergleich zu Dichtungseinrichtungen mit drei separaten Dichtungsringen oder einer Kombination eines oder mehrerer Dichtungsringe und einer Dichtmanschette mit zwei Stegen. Die Qualitätskontrolle wird ebenfalls vereinfacht, da in einem einzigen Schritt die Qualität, insbesondere die Maßhaltigkeit, der Dichtungshülse im Ganzen und somit gleichzeitig von wenigstens drei Dichtstegen nur durchgeführt werden muss
- Zum beanspruchten Phasensteller kann ein dem Steuern des Druckfluids dienendes Steuerventil gehören, das in bevorzugten Ausführungen die Befestigungsstruktur bildet. Insbesondere kann ein Ventilgehäuse des Steuerventils die Befestigungsstruktur bilden. Das Steuerventil umfasst in derartigen Ausführungen solch ein Ventilgehäuse und einen im Ventilgehäuse axial beweglichen Ventilkolben. Das Ventilgehäuse weist einen Druckanschluss für die Zuführung des Druckfluids in das Ventilgehäuse, einen mit der ersten oder den mehreren ersten Stellkammern verbundenen ersten Steueranschluss, einen mit der zweiten oder den mehreren zweiten Stellkammern verbundenen zweiten Steueranschluss und wenigstens einem Tankanschluss für die Abführung des Druckfluids aus dem Ventilgehäuse auf. Von diesen Anschlüssen des Ventilgehäuses kann insbesondere entweder der Druckanschluss oder der erste Steueranschluss den in den Ringspalt mündenden ersten Fluidanschluss, und einer der genannten weiteren Anschlüsse des Ventilgehäuses, nämlich entweder der zweite Steueranschluss oder der wenigstens eine Tankanschluss, den in den Ringspalt mündenden zweiten Fluidanschluss bilden. Das Steuerventil kann als Schaltventil oder als Proportionalventil ausgeführt sein. Die Funktion des Steuerventils kann ein reiner Steuervorgang ohne Rückkopplung oder ein Regelvorgang sein. Der Begriff des Steuerns wird als Oberbegriff verstanden und soll auch die Bedeutung von Regeln umfassen. Demgemäß kann das Steuerventil in einem Regelkreis eingebunden sein und die Bewegungen des Ventilkolbens in Abhängigkeit von einer oder mehreren unterschiedlichen, auf Messung beruhenden Regelgrößen geregelt werden. Als Regelgröße kann beispielsweise die Drehzahl der Kurbelwelle oder der Nockenwelle dienen.
- In alternativen Ausführungen ist ein Steuerventil für den Phasensteller nicht zentral angeordnet, ragt also nicht in oder durch den Rotor, sondern ist in Bezug auf die Anordnung aus Stator und Rotor extern angeordnet. Die zentrale Befestigungsstruktur kann in derartigen Ausführungen einzig dem Zweck der Befestigung des Rotors an der Nockenwelle dienen oder optional andere Zusatzfunktionen erfüllen, die etwa der Führung des Druckfluids zu oder von den Stellkammern dienen. Die im Ringspalt mündenden Fluidanschlüsse sind in derartigen Ausführungen beispielsweise die in den Ringspalt mündenden Öffnungen von Fluidkanälen des Rotors, welche die Stellkammern des Phasenstellers mit dem Ringspalt verbinden.
- Der zwischen der Befestigungsstruktur und dem Rotor gebildete Ringspalt kann axial durch einen zwischen der Befestigungsstruktur und der Nockenwelle gebildeten Ringspalt verlängert sein. Dies gilt sowohl für Ausführungen, in denen die Befestigungsstruktur von einem zentralen Steuerventil gebildet wird als auch für Ausführungen mit extern zur Stator-Rotor-Anordnung angeordnetem Steuerventil. Der erste Fluidanschluss oder der zweite Fluidanschluss kann oder können auch im Bereich solch eines Ringspalts zwischen Befestigungsstruktur und Nockenwelle angeordnet sein.
- Die Dichtungshülse kann mit der Befestigungsstruktur oder dem Rotor entweder nur formschlüssig oder nur reibschlüssig, bevorzugter form- und reibschlüssig, verbunden sein, um die Dichtungshülse relativ zur Befestigungsstruktur und dem Rotor in ihrer Position zu fixieren. Die Dichtungshülse kann auch stoffschlüssig mit der Befestigungsstruktur oder dem Rotor verbunden sein, gegebenenfalls rein stoffschlüssig. So kann die Dichtungshülse mit der Befestigungsstruktur oder dem Rotor beispielsweise verklebt sein. Eine stoffschlüssige Verbindung ist vorteilhafterweise mit einem Formschluss oder einem Reibschluss kombiniert.
- In bevorzugten Ausführungen weisen die Dichtungshülse ein Eingriffselement und die Befestigungsstruktur oder der Rotor ein Eingriffsgegenelement auf. Das Eingriffselement ist mit dem Eingriffsgegenelement in einem formschlüssigen oder reibschlüssigen Eingriff, vorzugsweise in einem sowohl form- als auch reibschlüssigen Eingriff, der die Dichtungshülse an der Befestigungsstruktur oder am Rotor axial oder in Umfangsrichtung, vorzugsweise axial und in Umfangsrichtung, fixiert. Eines aus Eingriffselement und Eingriffsgegenelement ist eine Vertiefung, und das andere ist eine in die Vertiefung ragende Abragung. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine radiale Vertiefung und entsprechend eine radiale Abragung. Ein form- und reibschlüssiger Eingriff kann insbesondere als Rastverbindung von Eingriffselement und Eingriffsgegenelement gebildet sein. Die Dichtungshülse kann mehrere Eingriffselemente und die Befestigungsstruktur oder der Rotor entsprechend mehrere Eingriffsgegenelemente aufweisen, so dass die Eingriffselemente jeweils mit einem der Eingriffsgegenelemente in einem form- oder reibschlüssigen Eingriff sind. Vorteilhaft ist, wenn um die Drehachse verteilt mehrere Eingriffselemente und hierauf abgestimmt mehrere Eingriffsgegenelemente vorhanden sind.
- Ein form- oder reibschlüssiger Eingriff kann auf elegante Weise unter Nutzung des ersten Fluidanschlusses oder des zweiten Fluidanschlusses oder eines optional weiteren, in den Ringspalt mündenden Fluidanschlusses dadurch hergestellt werden, dass der betreffende Fluidanschluss das Eingriffsgegenelement entweder der Befestigungsstruktur oder des Rotors bildet und das Eingriffselement der Dichtungshülse vom Druckfluid durchströmbar ist. Da der für den Eingriff verwendete Fluidanschluss in den Ringspalt mündet, umfasst er wenigstens eine im Ringspalt gelegene Öffnung, die in derartigen Ausführungen gleichzeitig auch für den Eingriff mit dem Eingriffselement dient, indem das Eingriffselement vorzugsweise in die betreffende Öffnung ragt. Wird der für den Eingriff verwendete Fluidanschluss wie bevorzugt von mehreren um die Drehachse verteilt angeordneten Öffnungen gebildet, kann jede dieser Öffnungen ein Eingriffsgegenelement bilden und mit jeweils einem Eingriffselement der Dichtungshülse im form- oder reibschlüssigen Eingriff sein. Grundsätzlich genügt die Herstellung eines Eingriffs mit nur einer Öffnung. Die Herstellung des Eingriffs mit mehreren Öffnungen, beispielsweise sämtlichen Öffnungen des jeweiligen Fluidanschlusses, wird jedoch bevorzugt. Solch eine Lösung hat insbesondere den Vorteil, dass an der Befestigungsstruktur oder dem Rotor zur Bildung des einen oder der mehreren Eingriffsgegenelemente keine zusätzliche Struktur geformt sein muss. Ein Eingriff, wie etwa der vorstehend erläuterte, bei dem die Dichtungshülse wenigstens zwei Eingriffselemente und entweder die Befestigungsstruktur oder der Rotor entsprechend zwei Eingriffsgegenelemente umfasst, die in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind, hat auch den Vorteil, dass die Dichtungshülse im Ringspalt nicht nur axial, sondern auch in Umfangsrichtung fixiert ist. Das eine oder die mehreren Eingriffselemente ist oder sind jeweils vorzugsweise als Stutzen oder Ring geformt. Der jeweilige Stutzen oder Ring ragt vorzugsweise in das jeweilige Eingriffsgegenelement, vorzugsweise wie gesagt jeweils eine Mündungsöffnung.
- Ein form- oder reibschlüssiger Eingriff kann auch dadurch hergestellt sein, dass wenigstens einer der Dichtstege in eine um die Drehachse umlaufende Vertiefung, wie etwa eine Umfangsnut, der Befestigungsstruktur oder des Rotors ragt oder eine um die Drehachse erstreckte, radial vorstehende Rippe, die vorzugsweise um die Drehachse umläuft, umgreift. Um einen form- und reibschlüssigen Eingriff zu erhalten, kann die Befestigungsstruktur zusätzlich oder stattdessen an einer äußeren Umfangsfläche oder der Rotor an einer der Befestigungsstruktur zugewandten inneren Umfangsfläche geriffelt, gerändelt oder auf andere Weise geraut, insbesondere reliefartig geraut, sein und die Dichtungshülse an der gerauten Umfangsfläche anliegen. In noch einer Ausführung ist die Dichtungshülse mit radialer Pressung auf dem äußeren Umfang der Befestigungsstruktur oder dem inneren Umfang des Rotors befestigt, wobei dieser Umfang grundsätzlich glatt sein kann, so dass der Eingriff der Dichtungshülse mit der Befestigungsstruktur oder dem Rotor nur auf Reibschluss beruht, indem die Dichtungshülse mit elastischer Spannung, die durch eine Materialelastizität oder eine Formelastizität der Dichtungshülse erzeugt werden kann, an der betreffenden Umfangsfläche anliegt. Eine radiale Pressung der Dichtungshülse gegen den äußeren Umfang der Befestigungsstruktur oder den inneren Umfang des Rotors kann auch mit jeder der anderen Maßnahmen wie beispielsweise den einen Formschluss beinhaltenden Eingriff von Eingriffselement und Eingriffsgegenelement oder der gerauten Umfangsfläche kombiniert sein. Ebenso können zwei oder mehrere der genannten anderen Maßnahmen für einen form-, reib- oder stoffschlüssigen Eingriff in Kombination verwirklicht sein. Die Dichtungshülse kann separat gefertigt und mit der Befestigungsstruktur oder dem Rotor gefügt sein oder auch durch Umspritzen eines äußeren Umfangs der Befestigungsstruktur oder eines inneren Umfangs des Rotors mit einem Elastomerwerkstoff erhalten werden. Hierbei genügt es beispielsweise, dass nur einer der Dichtstege durch das Umspritzen geformt wird und die anderen Dichtstege sowie die Verbindungsstege bei diesem Spritzgießvorgang fest mit dem durch das Umspritzen hergestellten Dichtsteg verbunden werden. Bevorzugter werden jedoch mehrere und besonders bevorzugt sämtliche Dichtstege der Dichtungshülse unmittelbar durch das Umspritzen erzeugt. Vorzugsweise werden auch die Verbindungsstege bei dem Spritzvorgang erzeugt, so dass die Dichtungshülse im Ganzen bei dem Umspritzen geformt wird. Die Verbindungsstege oder eine die Verbindungsstege als Einheit bildende Trägerstruktur kann oder können jedoch auch als Einlegeteil(e) im Spritzgießzwerkzeug positioniert und bei dem Umspritzen mit dem die Dichtstege bildenden Kunststoff umspritzt und dadurch fest eingebettet werden.
- In noch einer weiteren Ausführungsform weist die Befestigungsstruktur in einem aus dem Ringspalt ragenden Abschnitt eine um die Drehachse umlaufende Schulter auf, die zur drehmomentfesten Verbindung von Rotor und Nockenwelle axial in Richtung auf den Rotor spannbar ist. Einer der wenigstens drei Dichtstege oder ein optional weiterer Dichtsteg der Dichtungshülse ragt radial in einen um die Drehachse umlaufenden Spalt, der zwischen dem Rotor und der Schulter der Befestigungsstruktur gebildet ist. Im verbundenen Zustand von Rotor und Nockenwelle drückt die Befestigungsstruktur daher mit dieser Schulter über den Dichtsteg axial gegen den Rotor, und der Dichtsteg dichtet infolgedessen den Ringspalt ab. Eine derartige Ausgestaltung kann mit jeder anderen der genannten Arten der Befestigung, insbesondere axialen Fixierung, der Dichtungshülse kombiniert oder auch alleine nur verwirklicht sein.
- Von den wenigstens drei Dichtstegen kann einer oder können zwei oder alle drei Dichtstege zumindest in einem entlasteten Zustand, in dem sie sich vor dem Zusammenbau von Rotor und Befestigungsstruktur befinden, in Richtung auf eine äußere Umfangsfläche der Befestigungsstruktur, d. h. radial auf die Drehachse zu nach innen, oder in Richtung auf eine innere Umfangsfläche des Rotors, d. h. radial von der Drehachse weg nach außen, verjüngen, beispielsweise konisch. Auf diese Weise kann der radiale Federweg des jeweiligen Dichtstegs, im Vergleich zu einem Dichtsteg konstanter axialen Breite vergrößert werden. Eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn aufgrund eines Unterschieds in der Wärmedehnung des Rotors und der Wärmedehnung der Befestigungsstruktur die Spaltweite des Ringspalts in Abhängigkeit von der Temperatur variiert, wie dies beispielsweise dann der Fall ist, wenn die Befestigungsstruktur und der Rotor aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind, die Befestigungsstruktur beispielsweise aus Stahl und der Rotor aus einem Aluminiumwerkstoff.
- In Weiterbildungen umfasst die Dichtungshülse zur Reinigung des Druckfluids eine Filtereinrichtung als integrierten Bestandteil. Die Filtereinrichtung kann insbesondere im Bereich wenigstens eines der Verbindungsstege gebildet sein. Wird die Filtereinrichtung durch oder mit einem oder mehreren Einlegeteilen gebildet, kann das elastisch nachgiebige Material der Dichtungshülse eine Trägerstruktur für solch ein oder mehrere Einlegeteile bilden. So können die Dichtstege insbesondere aus Kunststoff im Spritzguss geformte Spritzgussstrukturen und die Filtereinrichtung durch Umspritzung mit dem Kunststoff mit wenigstens einer der Spritzgussstrukturen, vorzugsweise mit zwei der Spritzgussstrukturen fest verbunden sein. Eine von einem Einlegeteil gebildete Filtereinrichtung ist vorzugsweise nur am Rand umlaufend mit Kunststoff umspritzt und dementsprechend nur an ihren axial seitlichen Rändern in das Kunststoffmaterial eingebettet. Eine derartige, als Verbundteil gefertigte Dichtungshülse kann beispielsweise die wenigstens drei Dichtstege als Spritzgussstrukturen aus elastomerem Kunststoff und eine an wenigstens einem axialen Rand in eine dieser Spritzgussstrukturen eingebettete Filtereinrichtung aus Metall oder Kunststoff umfassen. Solch eine Filtereinrichtung kann einen der Verbindungsstege axial zwischen zwei benachbarten Dichtstegen bilden, oder an einem axialen Ende von nur einem der Dichtstege abragen. Die Filtereinrichtung kann auch von einer Trägerstruktur der Dichtungshülse gebildet werden. Eine Trägerstruktur kann insbesondere die wenigstens zwei Verbindungsstege der Dichtungshülse in einem Stück bilden. Sie kann sich über die gesamte oder nahezu gesamte axiale Länge der Dichtungshülse erstrecken. Die Dichtstege werden durch Umspritzen solch einer als Einheit gebildeten Trägerstruktur mit Elastomerwerkstoff erzeugt. Im Bereich der Dichtstege weist die Trägerstruktur zweckmäßigerweise Durchbrechungen auf, durch die der Elastomerwerkstoff beim Umspritzen dringen kann, um die elastomeren Dichtstege an der Trägerstruktur zu verankern.
- Die Dichtungshülse kann wenigstens einen axial erstreckten, an einer Umfangsfläche der Dichtungshülse vorzugsweise offenen Kanal, beispielsweise eine Nut, für die Führung des Druckfluids aufweisen. In derartigen Ausführungen kann das Druckfluid entweder in der Dichtungshülse oder vorzugsweise in einem Kanal, den die Dichtungshülse mit der Befestigungsstruktur oder mit dem Rotor bildet, in axialer Richtung, optional zusätzlich in Umfangsrichtung, geleitet, optional auch verteilt werden. In solch einem von oder mittels der Dichtungshülse gebildeten Kanal kann das Druckfluid axial, optional zusätzlich in Umfangsrichtung, beispielsweise zu einem Druckanschluss eines die Befestigungsstruktur bildenden Steuerventils oder auch zum Druckanschluss eines zentral angeordneten, in den Rotor ragenden Steuerventils, das keine Befestigungsfunktion erfüllt, geführt werden.
- Die Erfindung ist zwar speziell für den hier beanspruchten Phasensteller von Vorteil, nämlich zur Abdichtung von Fluidanschlüssen im Ringspalt zwischen zentraler Befestigungsstruktur und Rotor sowie optional der Nockenwelle, grundsätzlich ist die in einem Stück geformte Dichtungshülse mit wenigstens drei Dichtstegen und diese verbindenden Verbindungsstegen auch für beispielsweise Schmierölpumpen von Verbrennungsmotoren wie etwa Kraftfahrzeugmotoren von Vorteil, aber auch für Pumpen generell, falls diese in Bezug auf ihr Fördervolumen mittels eines Steuerventils gesteuert oder geregelt werden. Eine erfindungsgemäße Dichtungshülse kann auch dazu dienen, den Ringspalt zwischen einem Ventilgehäuse des Steuerventils der Pumpe und einem das Ventilgehäuse umgebenden anderen Maschinenteil abzudichten, insbesondere in solch einen Ringspalt mündende Fluidanschlüsse des Steuerventils oder Fluidanschlüsse für das Steuerventil voneinander fluidisch zu trennen.
- Von Vorteil ist auch eine Dichtungshülse mit wenigstens einem Dichtsteg und wenigstens einem axial daran anschließenden Verbindungssteg, in dessen Bereich wenigstens ein Eingriffselement der hier erläuterten Art angeordnet ist, insbesondere wenigstens ein Eingriffselement für den Eingriff in einen Mündungsbereich eines Fluidkanals, der an einer äußeren Umfangsfläche eines Steuerventils oder einer inneren Umfangsfläche einer das Steuerventil umgebenden Komponente, wie beispielsweise der Rotor des hier beanspruchten Phasenstellers, eingreift oder für solch einen Eingriff vorgesehen ist. Der Dichtsteg kann insbesondere wie hier erläutert gebildet sein und um eine zentrale Achse des Steuerventils umlaufen. Eine derartige Dichtungshülse weist bevorzugt wenigstens einen weiteren Dichtsteg auf, der axial neben dem genannten Dichtsteg umläuft. Die Dichtungshülse kann ferner einen axialen Fortsatz aufweisen, in dem das wenigstens eine oder die bevorzugt mehreren Eingriffselemente anstatt im Bereich des verbindenden Verbindungsstegs angeordnet ist oder sind. Anstelle des wenigstens einen oder der mehreren Eingriffselemente kann eine Dichtungshülse mit einem oder bevorzugt zwei oder noch mehr Dichtstegen auch durch Umspritzen eines Steuerventils oder gegebenenfalls eines inneren Umfangs einer das Steuerventil umgebenden Komponente erzeugt werden. Beispiele derartiger Dichtungshülsen und deren Anordnung zeigen die
Figuren 19 bis 23 , die allerdings nicht Gegenstand der hier beanspruchten Erfindung sind. Die Anmelderin behält es sich vor, auf eine derartige Dichtungshülse als solche und auch auf eine Anordnung mit einem Steuerventil, das mit einer umgebenden Maschinenkomponente, beispielsweise einem Gehäuse oder dem Rotor eines Phasenstellers ragt und mit dieser Komponente einen Ringspalt bildet, in dem die Dichtungshülse angeordnet ist, eigene Ansprüche zu richten. - Vorteilhafte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen beschrieben.
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden jeweils einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
- Figur 1
- einen montierten Nockenwellen-Phasensteller mit einem Stator, einem Rotor, einer zentralen Befestigungsstruktur und einer Dichtungshülse in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Figur 2
- den Phasensteller des ersten Ausführungsbeispiels in einem Querschnitt,
- Figur 3
- den Rotor, die Befestigungsstruktur und die Dichtungshülse des ersten Ausführungsbeispiels,
- Figur 4
- die Befestigungsstruktur mit der fixierten Dichtungshülse in einer isometrischen Sicht,
- Figur 5
- eine Befestigungsstruktur mit einer Dichtungshülse eines zweiten Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
- Figur 6
- einen an einer Nockenwelle mittels einer zentralen Befestigungsstruktur montierten Rotor und eine Dichtungshülse in einem dritten Ausführungsbeispiel,
- Figur 7
- einen Rotor, eine zentrale Befestigungsstruktur und eine Dichtungshülse eines vierten Ausführungsbeispiels,
- Figur 8
- einen an einer Nockenwelle mittels einer zentralen Befestigungsstruktur montierten Rotor und eine Dichtungshülse eines fünften Ausführungsbeispiels in einem ersten Längsschnitt,
- Figur 9
- die Anordnung des fünften Ausführungsbeispiels in einem zweiten Längsschnitt,
- Figur 10
- die Anordnung des fünften Ausführungsbeispiels in einem Querschnitt,
- Figur 11
- einen an einer Nockenwelle mittels einer zentralen Befestigungsstruktur montierten Rotor und eine Dichtungshülse in einem sechsten Ausführungsbeispiel,
- Figur 12
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer Dichtungshülse eines siebten Ausführungsbeispiels,
- Figur 13
- die Befestigungsstruktur und Dichtungshülse des siebten Ausführungsbeispiels in einer isometrischen Sicht,
- Figur 14
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer Dichtungshülse eines achten Ausführungsbeispiels,
- Figur 15
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer Dichtungshülse eines neunten Ausführungsbeispiels,
- Figur 16
- einen Rotor, eine zentrale Befestigungsstruktur und eine Dichtungshülse eines zehnten Ausführungsbeispiels,
- Figur 17
- einen Rotor, eine zentrale Befestigungsstruktur und eine Dichtungshülse eines elften Ausführungsbeispiels,
- Figur 18
- einen Rotor, eine zentrale Befestigungsstruktur und eine Dichtungshülse eines zwölften Ausführungsbeispiels,
- Figur 19
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer modifizierten Dichtungshülse in einem dreizehnten Ausführungsbeispiel,
- Figur 20
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer modifizierten Dichtungshülse eines vierzehnten Ausführungsbeispiels,
- Figur 21
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer modifizierten Dichtungshülse eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels,
- Figur 22
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer modifizierten Dichtungshülse eines sechzehnten Ausführungsbeispiels,
- Figur 23
- eine zentrale Befestigungsstruktur mit einer modifizierten Dichtungshülse eines siebzehnten Ausführungsbeispiels und
- Figur 24
- einen modifizierten Phasensteller mit der zentralen Befestigungsstruktur und der Dichtungshülse des ersten Ausführungsbeispiels.
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Figur 1 zeigt einen Nockenwellen-Phasensteller in einem Längsschnitt. Der Nockenwellen-Phasensteller ist an einem stirnseitigen Ende einer Nockenwelle 1 angeordnet und dient der Verstellung der Phasenlage, also der Drehwinkelposition der Nockenwelle 1 relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs. Die Nockenwelle 1 ist um eine Drehachse R drehbar an einem Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine gelagert, beispielsweise an einem Zylinderkopf und kann mit einem Zylinderkopfdeckel abgedeckelt sein. - Der Nockenwellen-Phasensteller umfasst einen Stator 3, der von der Kurbelwelle drehangetrieben werden kann, und einen Rotor 7, der drehfest mit der Nockenwelle 1 verbunden ist. Der Stator 3 setzt sich aus einem Antriebsrad 4, beispielsweise ein Kettenrad, einem Deckel 6 und einem axial zwischen dem Antriebsrad 4 und dem Deckel 6 angeordneten Flügelrad 5 zusammen. Das Antriebsrad 4, das Flügelrad 5 und der Deckel 6 sind drehfest miteinander verbunden. Der Zusammenbau des Stators 3 ist nur beispielhaft. Der Stator 3 kann alternativ auch aus mehr oder anstatt aus den drei Teilen 4, 5 und 6 auch aus nur zwei Teilen gefügt sein, etwa aus einem einstückigen Teil 4, 5 und dem Teil 6 oder aber dem Teil 4 und einem einstückigen Teil 5, 6. Grundsätzlich kann er auch in einem einzigen Stück urgeformt werden. Das Antriebsrad 4 kann beispielsweise auch am Flügelrad 5 außen umlaufend geformt und der Deckelbereich des Antriebsrads 4, der die Stator-Rotor-Anordnung seitlich abdichtet, Bestandteil des Rotors 7 sein. Zusätzlich zu dem oder statt des vom Antriebsrad 4 gebildeten Deckelbereichs kann der Deckel 6 Bestandteil des Rotors 7 sein. Der Stator 3 und der Rotor 7 bilden einen hydraulischen Schwenkmotor nach dem Flügelzellenprinzip.
- Der Nockenwellen-Phasensteller weist eine in Bezug auf die Stator-Rotor-Anordnung 3, 7 zentral angeordnete Befestigungsstruktur 10 auf, die zentral in und im Ausführungsbeispiel wie bevorzugt auch durch den Rotor 7 ragt und den Rotor 7 drehmomentfest mit der Nockenwelle 1 verbindet. Der Stator 3 ist über den Rotor 7 gelagert. Die Befestigungsstruktur 10 weist einen Verbindungsabschnitt 12 auf, in dem sie mit der Nockenwelle 1 fest verbunden ist. Wie bevorzugt, aber nur beispielhaft, ragt die Befestigungsstruktur 10 in eine am stirnseitigen Ende der Nockenwelle 1 geformte Aufnahme und ist in der Aufnahme mit der Nockenwelle verschraubt, d.h. der Verbindungsabschnitt 12 ist ein Außengewinde.
- Der Phasensteller umfasst ein Steuerventil, das der fluidischen, vorzugsweise hydraulischen Verstellung der Drehwinkelposition dient, die der Rotor 7 relativ zum Stator 3 einnimmt. Das Steuerventil umfasst ein Ventilgehäuse, das von der Befestigungsstruktur 10 gebildet und dementsprechend im Folgenden auch als Ventilgehäuse 10 bezeichnet wird, und einen im Ventilgehäuse 10 axial hin und her verstellbar angeordneten Ventilkolben 20. Das Ventilgehäuse 10 dient somit in Doppelfunktion auch als zentrales Befestigungsmittel für die drehmomentfeste Verbindung von Nockenwelle 1 und Rotor 7, indem es im montierten Zustand nach Herstellung der Fügeverbindung, im Beispiel eine Schraubverbindung, den Rotor 7 gegen eine Stirnfläche der Nockenwelle 1 presst.
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Figur 2 zeigt den Phasensteller des ersten Ausführungsbeispiels im Querschnitt II-II derFigur 1 . Das Flügelrad 5 bildet eine Außenkomponente und der Rotor 7 eine Innenkomponente des Schwenkmotors. Das hohle Flügelrad 5 weist an seinem inneren Umfang nach radial innen abragende Backen 5a auf. Der Rotor 7 weist nach radial außen abragende Flügel 8 auf, die mit den Backen 5a des Stators 3 erste Stellkammern K1 und zweite Stellkammern K2 bilden. Die Stellkammern K1 sind in Umfangsrichtung jeweils zur einen Seite und die Stellkammern K2 jeweils zur anderen Seite der Flügel 8 des Rotors 7 angeordnet. Werden die Stellkammern K1 unter Druck gesetzt und die Stellkammern K2 entlastet, dreht der Rotor 7 relativ zum Stator 3 bzw. Flügelrad 5 inFigur 2 im Uhrzeigersinn bis maximal in die inFigur 2 eingenommene Endposition. Werden die Stellkammern K2 unter Druck gesetzt und die Stellkammern K1 im Druck entlastet, dreht der Rotor 7 relativ zum Stator 3 gegen den Uhrzeigersinn. Die relativ zum Stator 3 stattfindende Drehbewegung in die eine Drehrichtung entspricht einer Voreilung und die relative Drehbewegung in die andere Richtung einer Nacheilung der Nockenwelle 1 relativ zur Kurbelwelle. - Im Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Stator 3 in Drehrichtung D, im Uhrzeigersinn, angetrieben wird. Die Stellkammern K1 sind daher Frühstellkammern und die Stellkammern K2 Spätstellkammern. In
Figur 2 nimmt der Rotor 7 relativ zum Stator 3 die Frühstellung ein, in der die Nockenwelle 1 relativ zu der Kurbelwelle voreilt. Werden die Spätstellkammern K2 mit dem Druckfluid beaufschlagt und die Frühstellkammern K1 entlastet, dreht der Rotor 7 in Richtung Nacheilung bis maximal in eine Spätstellung. In der Frühstellung wird der Rotor 7 mittels eines Verriegelungspins 80 verriegelt. Der Pin 80 kann durch Druckbeaufschlagung eines Druckraums 81 gegen die Kraft einer Verriegelungsfeder 82 aus der eingeriegelten Position in eine Freigabeposition bewegt werden, um den Rotor 7 in Richtung auf die Spätstellung bewegen zu können. Zu diesem Zweck ist er fluidisch mit der nächstgelegenen Spätstellkammer K2 verbunden. Die Frühstellung und die Spätstellung werden jeweils durch einen Anschlagkontakt vorgegeben. In den beiden End- oder Extremstellungen ist jeweils wenigstens einer der Rotorflügel 8 in einem Anschlagkontakt mit einem der Statorbacken 5a. In bevorzugten Ausführungen kann der Rotor 7 nicht nur zwischen diesen beiden Drehwinkelendpositionen relativ zum Stator 3 hin und her drehverstellt, sondern durch entsprechende Druckbeaufschlagung sowohl der Frühstellkammern K1 als auch der Spätstellkammern K2 in einer beliebigen Zwischenposition hydraulisch fixiert werden. - Eine Torsionsfeder 17, die mit einem Federende am Stator 3 und mit einem anderen Federende am Rotor 7 abgestützt ist, spannt den Rotor 7 in Richtung auf eine seiner beiden Drehwinkelendpositionen, zweckmäßigerweise in Richtung auf diejenige Drehwinkelposition, in welcher der Rotor 7 mittels des Verriegelungsmechanismus verriegelt werden kann, in den Ausführungsbeispielen die Frühstellung.
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Figur 3 zeigt den Rotor 7 und die Befestigungsstruktur 10, d. h. das Steuerventil mit dem Ventilgehäuse 10 mit dem Ventilkolben 20, und weitere Komponenten des Phasenstellers herausgelöst aus dem Fügeverbund mit der Nockenwelle 1. Bei den Komponenten handelt es sich um eine Filtereinrichtung 30 und ein Sperrorgan 40, die mit dem Ventilgehäuse 10 und dem Ventilkolben 20 eine eigene Baueinheit bilden, die vormontiert durch einen zentralen Durchgang des Rotors 7 geschoben werden kann, und eine Dichtungshülse 50. - Der Ventilkolben 20 ist hohl mit einem axial erstreckten Hohlraum 22, der an einem axialen Ende des Ventilkolbens 20 offen ist und dort einen axialen Kolbeneinlass 21 bildet. Der Ventilkolben 20 weist ferner einen Kolbenauslass 23 auf, der radial durch einen den Hohlraum 22 umgebenden Mantel des Ventilkolbens 20 führt. Der Ventilkolben 20 weist an seinem vom Kolbeneinlass 21 abgewandten anderen axialen Ende ein Kopplungsorgan 25 auf für eine Kopplung mit einem Stellglied, das die axiale Verstellung des Ventilkolbens 20 bewirkt. Das Kopplungsorgan 25 wirkt als Betätigungsstößel des Ventilkolbens 20. Das Kopplungsorgan 25 ragt an dem Stirnende des Ventilkolbens 20 ab, das dem Stellglied axial zugewandt ist. Das Kopplungsorgan 25 durchragt eine Stirnverschlusswand 11 des Ventilgehäuses 10. Die Stirnverschlusswand 11 umgibt das Kopplungsorgan 25 in enger Passung und sorgt so trotz des hin und her beweglichen Kopplungsorgans 25 für einen fluiddichten Abschluss des Ventilgehäuses 10.
- Das Stellglied kann insbesondere ein elektromagnetisches Stellglied, wie etwa ein Axialhub-Elektromagnet, mit einer bestrombaren Spule und einem Anker sein. Die Spule ist drehfest mit dem Maschinengehäuse der Brennkraftmaschine verbunden, beispielsweise mit einem Deckel, der am Maschinengehäuse montiert ist. Der Anker ist relativ zur Spule axial beweglich. Er ist mit dem Kopplungsorgan 25 unmittelbar in einem Kopplungseingriff, der als axialer Druckkontakt gebildet ist. Bei Bestromung der Spule wirkt auf den Anker eine axial in Richtung auf das Kopplungsorgan 25 gerichtete Stellkraft, die im Kopplungseingriff, beispielsweise einem reinen axialen Druckkontakt, auf das Kopplungsorgan 25 und somit auf den Ventilkolben 20 wirkt.
- Das Steuerventil umfasst eine Ventilfeder 14, deren Federkraft der Stellkraft des Stellglieds entgegenwirkt. Die Ventilfeder 14 ist am Ventilgehäuse 10 und in Richtung auf das Stellglied am Ventilkolben 20 abgestützt. Das Stellglied wird von einer Steuerung der Brennkraftmaschine angesteuert, beispielsweise bestromt. Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise über ein in einem Speicher der Maschinensteuerung abgelegtes Kennfeld, beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle, der Last oder anderer bzw. weiterer für den Betrieb der Brennkraftmaschine relevanter Parameter.
- Der Ventilkolben 20 ist in einem zentralen axialen Hohlraum des Ventilgehäuses 10 in der erläuterten Weise hin und her bewegbar angeordnet. Das Ventilgehäuse 10 weist an seinem dem Stellglied abgewandten axialen Ende einen axial, zentral in den Gehäusehohlraum führenden Druckanschluss P auf, dem über die Nockenwelle 1 (
Figur 1 ) unter Druck stehendes Fluid zuführbar ist. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein der Schmierung der Brennkraftmaschine dienendes Schmieröl handeln, das auch zur Schmierung beispielsweise des Spurlagers der Nockenwelle 1 dient, so dass der Druckanschluss P an die Schmierölversorgung der Nockenwelle 1 angeschlossen ist. Dieses Druckfluid strömt durch den axialen Druckanschluss P in das Ventilgehäuse 10 und durch den zum Druckanschluss P in axialer Flucht liegenden Kolbeneinlass 21 in den Hohlraum 22. Vom Hohlraum 22 zweigt seitlich, beispielhaft wie bevorzugt in radialer Richtung, der Kolbenauslass 23 ab, durch den das Druckfluid in Abhängigkeit von der axialen Position des Ventilkolbens 20 entweder den Frühstellkammern K1 oder Spätstellkammern K2 zugeführt wird, um die Phasenlage des Rotors 7 relativ zum Stator 3 und somit die Phasenlage der Nockenwelle 1 relativ zur Kurbelwelle einzustellen. Der Kolbenauslass 23 wird von über den Umfang des Ventilkolbens 20 verteilt angeordneten radialen Durchgängen durch den Mantel des Ventilkolbens 20 gebildet. - Das Ventilgehäuse 10 weist durch seinen Mantel führende Anschlüsse für die Zu- und Abführung des Fluids zu und von den Stellkammern K1 und K2 auf, nämlich einen Steueranschluss A, einen Steueranschluss B und Ventilauslässe bzw. Tankanschlüsse TA und TB. Die Anschlüsse A und B und auch die Anschlüsse TA und TB sind gerade Durchgangskanäle durch den Mantel des Ventilgehäuses 10. Die Steueranschlüsse A und B erstrecken sich wie bevorzugt, aber nur beispielhaft auf kürzestem Wege radial durch den Mantel.
- Die
Figuren 1 und3 zeigen den Ventilkolben 20 in einer ersten axialen Kolbenposition, in der ihn das Federglied 14 hält. In der ersten Kolbenposition ist der Kolbenauslass 23 mit dem Steueranschluss A verbunden. Das über den Druckanschluss P zugeführte Druckfluid strömt in axialer Richtung durch den axialen Kolbeneinlass 21 in den Hohlraum 22 und von dort durch den abzweigenden Kolbenauslass 23 zu den Stellkammern K1, die dem Steueranschluss A zugeordnet sind. Die Stellkammern K2 sind über den Steueranschluss B und den Auslass bzw. Tankanschluss TB mit einem Reservoir verbunden und somit im Druck entlastet. - Am äußeren Umfang des Ventilkolbens 20 erstreckt sich über 360° umlaufend eine Vertiefung 26, die in der ersten Kolbenposition den Steueranschluss B mit dem Tankanschluss TB verbindet. Von der Vertiefung 26 aus in axialer Richtung gesehen hinter dem Kolbenauslass 23 ist am äußeren Umfang des Ventilkolbens 20 eine weitere axial erstreckte Vertiefung 27 geformt, die sich ebenfalls über den äußeren Umfang des Ventilkolbens 20 umlaufend erstreckt. Die Vertiefung 27 ist in der ersten Kolbenposition mit dem Tankanschluss TA verbunden. Der Tankanschluss TA ist dem Steueranschluss A zugeordnet. Allerdings wird er in der ersten Kolbenposition durch einen zwischen dem Kolbenauslass 23 und der Vertiefung 27 geformten Dichtsteg des Ventilkolbens 20 von dem Steueranschluss A fluidisch getrennt.
- Wird der Anker des Stellglieds mit einer die Federkraft des Federglieds 14 übersteigenden Stellkraft beaufschlagt, schiebt das Stellglied den Ventilkolben 20 aus der dargestellten ersten Kolbenposition axial in Richtung auf den Druckanschluss P und bei entsprechend großer Stellkraft bis in eine axial zweite Kolbenposition, in der nicht mehr der Steueranschluss A, sondern der andere Steueranschluss B mit dem Kolbenauslass 23 verbunden ist. In der zweiten Kolbenposition trennt ein zwischen dem Kolbenauslass 23 und der Vertiefung 26 geformter Dichtsteg des Ventilkolbens 20 den Steueranschluss B vom zugeordneten Tankanschluss TB, so dass in der zweiten Kolbenposition die Stellkammern K2 mit dem Druckfluid beaufschlagt werden. In der zweiten Kolbenposition verbindet ferner die Vertiefung 27 den Steueranschluss A mit dem Ventilauslass bzw. Tankanschluss TA, so dass das Fluid aus den Stellkammern K1 abströmen kann und diese im Druck entlastet werden. Der Rotor 7 bewegt sich dementsprechend in der Darstellung der
Figur 2 gegen den Uhrzeigersinn relativ zum Flügelrad 5 und somit zum Stator 3 in Richtung auf die Spätstellung. Die drehfest mit dem Rotor 7 verbundene Nockenwelle 1 wird in ihrer Phasenlage relativ zur Kurbelwelle um den gleichen Drehwinkel verstellt. - Das durch den Druckanschluss P in das Steuerventil strömende Fluid der Hochdruckseite beaufschlagt den Ventilkolben 20 mit einer in Richtung auf das Stellglied wirkenden ersten Axialkraft. Zur Kompensation dieser ersten Axialkraft ist der Ventilkolben 20 in Richtung auf das Stellglied durchströmbar, so dass sich an seiner dem Stellglied zugewandten Rückseite zwischen dieser Rückseite und der Stirnverschlusswand 11 ein Fluiddruck aufbaut, der auf die Rückseite des Ventilkolbens 20 eine Gegenkraft, eine zweite Axialkraft ausübt. Da die mit dem Druckfluid beaufschlagbare Projektionsfläche um die Querschnittsfläche verringert ist, mit der das Kopplungsorgan 25 durch die Stirnverschlusswand 11 ragt, wäre die axiale Gegenkraft, die zweite Axialkraft, entsprechend der Querschnittsfläche des Kopplungsorgans 25 geringer als die erste Axialkraft. Es entstünde ein resultierender Axialschub, der sich entsprechend der Differenz der Projektionsflächen in Abhängigkeit vom Druck des Fluids ändern würde. Die Kennlinie des Steuerventils würde sich entsprechend ändern, was zu erheblichen Verzerrungen führen kann, da der Druck des Fluids im Betrieb der Brennkraftmaschine schwanken kann.
- Um die zweite Axialkraft zu vergrößern, weisen der Ventilkolben 20 einen radial aufgeweiteten Kolbenabschnitt 28 und das Ventilgehäuse 10 einen angepasst aufgeweiteten Gehäuseabschnitt 18 auf, der die Aufweitung 28 in enger Passung umgibt. Soweit das Ventilgehäuse 10 und der Ventilkolben 20 dichtend zusammenwirken, weist der Ventilkolben 20 an seinem äußeren Umfang mit Ausnahme der Aufweitung 28 beispielhaft überall den gleichen zylindrischen Querschnitt auf. Um das Druckfluid an die Rückseite des Ventilkolbens 20 zu führen, weist der Ventilkolben 20 vom Kolbeneinlass 21 gesehen axial hinter dem Kolbenauslass 23 eine Zuführung 24 auf, die durch mehrere um die zentrale Achse R verteilte Durchgangskanäle in einem Ventilkolbenboden geformt sind. Die Aufweitung 28 und entsprechend der Gehäuseabschnitt 18 sind so bemessen, dass die durch die Aufweitung 28 erhaltende Vergrößerung der dem Stellglied 15 zugewandten Projektionsfläche zumindest einen überwiegenden Teil der für die Kompensation "verlorenen" Querschnittsfläche des Kopplungsorgans 25 ausgleicht. Das Steuerventil kann hinsichtlich der Kompensation der Axialkraft dem Steuerventil der
DE 10 2010 002 713 A1 entsprechen, insbesondere den dort beanspruchten Ausführungen. - In der Stirnfläche des Ventilkolbens 20, die der Stirnverschlusswand 11 zugewandt ist, ist eine Fluidverbindung 29 geformt, die stets mit der Zuführung 24 in Verbindung steht. Die Fluidverbindung 29 kann beispielsweise als Kerbe oder Rinne oder als eine mit der Zuführung 24 verbundene taschenförmige Vertiefung an der betreffenden Stirnfläche des Ventilkolbens 20 geformt sein. Durch die Bereitstellung der Fluidverbindung 29 wird sicher gestellt, dass Druckfluid aus dem Kolbenhohlraum 22 an die der Stirnverschlusswand 11 zugewandte Rückseite des Ventilkolbens 20 gelangt, insbesondere auch dann, wenn der Ventilkolben 20 mit seiner Rückseite auf Anschlag gegen die Stirnverschlusswand 11 liegt. Zusätzlich zu der am Kolben geformten Fluidverbindung 29 oder stattdessen kann solch eine Fluidverbindung 29 auch an der Stirnseite der Stirnverschlusswand 11 geformt sein, die dem Kolbenboden zugewandt ist, wobei solch eine Fluidverbindung 29 zum einen stets mit der Zuführung 24 verbunden und einem Stirnflächenbereich des Kolbens 20 axial gegenüber liegen muss. An der anderen, von der Stirnverschlusswand 11 axial abgewandten Stirnseite des Ventilkolbens 20 kann eine vergleichbare Fluidverbindung 29 vorgesehen sein, wie in den
Figuren 1 und3 dargestellt, um auch an dieser Stirnseite stets sicherzustellen, dass die betreffende Stirnseite des Ventilkolbens 20 auch dann mit dem Druckfluid beaufschlagt wird, wenn sich der Ventilkolben 20 in Richtung auf den Druckanschluss P in einer Anschlagposition befindet. Auch diese Fluidverbindung 29 ist stets mit dem Kolbenhohlraum 22 verbunden. Ferner gilt auch an dieser Kolbenseite, dass zusätzlich oder anstelle einer Fluidverbindung 29 am Ventilkolben 20 eine Fluidverbindung 29 analog an der gegenüber liegenden Stirnfläche des Ventilgehäuses 20 oder einer anderen Struktur gebildet sein kann, gegen die der Ventilkolben 20 auf axialen Anschlag bewegt werden kann. - Die Filtereinrichtung 30 erstreckt sich axial über einen Teil ihrer Länge im Ventilkolben 30. Sie ist zum Erhalt eines bei Durchströmung die Reinigung des Druckfluids bewirkenden Filterquerschnitts als Hohlstruktur, d. h. als Filterhüllstruktur oder Filtertasche bzw. -korb gebildet. Die Filterhüllstruktur besteht aus einem Mantel 31, der im Ausführungsbeispiel zylindrisch ist, und einem Boden 32, der ein im Hohlraum 22 des Ventilkolbens 20 gelegenes axiales Ende der Filterhüllstruktur bildet. Der Mantel 31 ist an seinem in Bezug auf das einströmende Druckfluid stromaufwärtigen Ende offen, so dass dort ein Filtereinlass 34 über zumindest im wesentlichen den gesamten Innenquerschnitt des Mantels 31 gebildet ist. Zwischen dem Boden 32 und dem Filtereinlass 34 umgibt der Mantel 31 einen Filterinnenraum. Ein vom Druckfluid durchströmbares, bei der Durchströmung Schmutzpartikel zurückhaltendes und dadurch das Druckfluid reinigendes Filtermaterial bildet nahezu den gesamten Umfang des Mantels 31.
- Den Filterquerschnitt bildet die Fläche der Filterhüllstruktur 31, 32, die von dem durch den Filtereinlass 34 einströmenden Druckfluid durchströmt wird, bevor das Druckfluid zum Kolbenauslass 23 gelangt, und die mit einem für die Reinigung des Druckfluids geeigneten Filtermaterial belegt ist. Im Falle beispielsweise einer Filterhüllstruktur mit einem kreiszylindrischen Mantel 31 und einem planen Boden 32, die jeweils vollständig aus Filtermaterial bestehen, bilden die kreiszylindrische Umfangsfläche und die kreisförmige Bodenfläche in der Summe den Filterquerschnitt.
- Die Filtereinrichtung 30 ist am Ventilgehäuse 10 abgestützt und dadurch insbesondere axial fixiert. Die Filtereinrichtung 30 weist im Ganzen die Form eines langgestreckten Zylinderhuts mit in Umfangsrichtung vorzugsweise gewelltem Mantel 31 auf.
- Das Sperrorgan 40 ist stromauf von der Filtereinrichtung 30 ebenfalls noch im Ventilgehäuse 10 angeordnet. Es ist als Rückschlagventil mit einem Sperrkörper 31 und einer Sperrfeder 42, die den Sperrkörper 41 gegen einen Sperrkörpersitz drückt, gebildet.
- Wird dem Steuerventil am Druckanschluss P Druckfluid mit einem Druck zugeführt, der eine Federkraft des Sperrorgans 40 und den Druck im Innenraum der Filtereinrichtung 30 übersteigt, hebt der Sperrkörper 41 von seinem Sperrkörpersitz ab und gibt den Druckanschluss P frei. Das Druckfluid strömt durch den Druckanschluss P unter Umströmung des Sperrkörpers 41 in das Ventilgehäuse 10 ein und durch einen axialen Durchgang des Sperrorgans 40 und den sich axial anschließenden Filtereinlass 34 in die Filterhüllstruktur 31, 32, d.h. in den Filterinnenraum. Das Druckfluid strömt von dort durch den Filterquerschnitt, wird beim Durchströmen gereinigt und tritt über den gesamten Filterquerschnitt in den stromabwärts der Filtereinrichtung 30 gelegenen Teil des Kolbenhohlraums 22 ein. Der Kolbenhohlraum 22 ist über den Kolbenauslass 23 entsprechend der axialen Position des Ventilkolbens 20 mit dem weiterführenden Steueranschluss A oder B und über diesen mit den Stellkammern K1 oder K2 verbunden, die dem betreffenden Steueranschluss A oder B zugeordnet sind. Die andere Gruppe der Stellkammern K1 und K2 ist über den dieser Gruppe zugeordneten Steueranschluss A oder B mit dem zugeordneten Tankanschluss TA oder TB verbunden und entsprechend im Druck entlastet.
- Zur Verringerung von Strömungsverlusten trägt auch die axiale Führung des einströmenden Druckfluids bei. So sind unter diesem Aspekt der Ventileinlass P, der stromabwärtige Durchlass des Sperrorgans 40, der Filtereinlass 34 und der Kolbeneinlass 21 jeweils an einer axialen Stirnseite von Ventilgehäuse 10, Sperrorgan 40, Filtereinrichtung 30 und Ventilkolben 20 angeordnet. Die genannten Ein- und Durchlässe liegen auf einer gemeinsamen axialen Flucht, wie bevorzugt, aber nur beispielhaft auf der Achse R. Auf diese Weise erfährt das Druckfluid vom Druckanschluss P bis zum Kolbenauslass 23 geringstmögliche Umlenkungen und dadurch entsprechend geringe Strömungsverluste. Dies trägt zur Erhöhung der Stellgeschwindigkeit des Phasenstellers bei. Im Beispiel liegen die Ein- und Durchlässe axial hintereinander. Grundsätzlich können ein oder mehrere Einlässe oder ein Einlass und ein Durchlass axial auf gleicher Höhe liegen, wie dies bei dem Durchlass des Sperrorgans 40 und dem Filtereinlass 34 nahezu der Fall ist.
- Im Sinne hoher Stellgeschwindigkeiten wirkt auch der durch die Nutzung des Kolbenhohlraums 22 ermöglichte große Filterquerschnitt. Noch ein Faktor, der große Filterquerschnitte ermöglicht, ist die Ausbildung der Filtereinrichtung 30 als Hohlstruktur bzw. Filterhüllstruktur 31, 32. Die Filterhüllstruktur 31 und 32 weist im Ausführungsbeispiel einen planen Boden 32 auf. In einer Abwandlung kann der Boden 32 sich beispielsweise auch nach außen ausbauchen oder selbst einen Filterquerschnitt bilden. Grundsätzlich kann der Mantel 31 beispielsweise auch konisch spitz auslaufend geformt sein, so dass ein Boden 32 im engeren Sinne nicht vorhanden ist. Darüberhinaus sind auch langgestreckte, andersartig auslaufende Mäntel 31 realisierbar. Die Bereitstellung als zylindrische Filterhüllstruktur 31, 32 hat jedoch fertigungstechnische Vorteile.
- In Bezug auf eine im Steuerventil integrierte Filtereinrichtung und auch im Hinblick auf ein im Steuerventil angeordnetes Sperrorgan wird auf die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2011 084 059 verwiesen, insbesondere auch auf die Ansprüche dieser Anmeldung. Die Offenbarung dieser älteren Anmeldung wird in Bezug genommen. - Die Dichtungshülse 50 ist in einem Ringspalt 16 angeordnet, der zwischen der vom Ventilgehäuse 10 gebildeten Befestigungsstruktur 10 und dem Rotor 7 gebildet ist. Das Druckfluid ist über den Ringspalt 16 wie vorstehend bereits beschrieben den Stellkammern K1 und K2 zuführbar und über den Ringspalt 16 von den Stellkammern K1 und K2 auch abführbar. Die Steueranschlüsse A und B und der Tankanschluss TB des Steuerventils münden am äußeren Umfang des Ventilgehäuses 10 in den Ringspalt 16. Die Verbindungskanäle des Rotors 7, d. h. die Verbindungskanäle 7a zu den Stellkammern K1 (
Figur 2 ) und weitere Verbindungskanäle zu den anderen Stellkammern K2, münden an der inneren Umfangsfläche des Rotors 7 ebenfalls in den Ringspalt 16. Die den Steueranschluss A bildenden Kanäle des Ventilgehäuses 10 und die zugeordneten Verbindungskanäle 7a der Stellkammern K1 münden zumindest im Wesentlichen auf der gleichen axialen Höhe in den Ringspalt 16. Die den Steueranschluss B bildenden Kanäle des Ventilgehäuses 10 und die zugeordneten Verbindungskanäle der Stellkammern K2 münden auf zumindest im Wesentlichen der gleichen axialen Höhe, allerdings in einem axialen Abstand vom Steueranschluss A, in den Ringspalt 16. Die Steueranschlüsse A und B werden im Ringspalt 16 von der Dichtungshülse 50 fluidisch voneinander getrennt. Ferner trennt die Dichtungshülse 50 im Ringspalt 16 den Steueranschluss B vom Tankanschluss TB. Sie dichtet schließlich auch noch den Steueranschluss A im Ringspalt 16 an der vom Steueranschluss B abgewandten Seite ab. Sie trennt die Anschlüsse A und B somit auch von der Umgebung. - Die Dichtungshülse 50 umfasst drei Dichtstege, nämlich einen ersten Dichtsteg 51, einen zweiten Dichtsteg 52 und einen dritten Dichtsteg 53, mit denen sie die vorstehend genannten Dichtfunktionen erfüllt. So dichtet der Dichtsteg 51 den Ringspalt 16 an einem axialen Ende und an diesem axialen Ende auch den Steueranschluss A ab. Der Dichtsteg 52 trennt die beiden Steueranschlüsse A und B voneinander, und der Dichtsteg 53 trennt den Steueranschluss B im Ringspalt 16 vom Tankanschluss TB. Die Dichtungshülse 50 umfasst ferner einen Verbindungssteg 56, der sich axial zwischen den Dichtstegen 51 und 52 erstreckt und diese fest miteinander verbindet, und einen Verbindungssteg 57, der sich axial zwischen den Dichtstegen 52 und 53 erstreckt und diese beiden Dichtstege 52 und 53 fest miteinander verbindet. Die Dichtungshülse 50 erstreckt sich axial im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rotors 7.
- Die Dichtungshülse 50 erstreckt sich axial über die Anschlüsse A, B und TB hinaus, um zum einen den Dichtsteg 51 und zum anderen einen form- und reibschlüssigen Eingriff mit dem Tankanschluss TB zu bilden. Sie weist axial im Bereich des Tankanschlusses TB mehrere Eingriffselemente 59 auf, die jeweils als eine radial innere Abragung der Dichtungshülse 50 geformt sind, im Beispiel als Stutzen, und jeweils in ein Eingriffsgegenelement 19 des Ventilgehäuses 10 ragen. Die Eingriffsgegenelemente 19 werden von mündungsnahen Bereichen des Tankanschlusses TB gebildet, indem je eines der Eingriffselemente 59 in einen der den Tankanschluss TB bildenden Kanäle des Ventilgehäuses 10 hineinragt und im Mündungsbereich des jeweiligen Kanals mit einer gewissen elastischen Spannung anliegt. Die Dichtungshülse 50 wird durch diesen Eingriff form- und reibschlüssig am äußeren Umfang des Ventilgehäuses 10 axial und in Umfangsrichtung in Position gehalten. Ferner liegen sämtliche Dichtstege 51 bis 53 jeweils mit elastischer Spannkraft am äußeren Umfang des Ventilgehäuses 10 an. Die Dichtstege 51 bis 53 drücken jeweils mit elastischer Spannkraft gegen den inneren Umfang des Rotors 7, um auf diese Weise ihre Dichtfunktion zu erfüllen.
- Die Dichtstege 51, 52 und 53 verjüngen sich jeweils in radialer Richtung nach außen auf den Innenumfang des Rotors 7 zu, wie bevorzugt, aber nur beispielhaft, konisch. Aufgrund des sich radial verjüngenden Profils wird der radiale Federweg der Dichtstege 51 bis 53 gegenüber beispielsweise einem Rechteckprofil vergrößert und die für die einzelnen Dichtstege 51 bis 53 jeweils gewünschte Abdichtung bei einer Variation der in radialer Richtung gemessener Spaltweite des Ringspalts 8 mit höherer Sicherheit gewährleistet.
- Die Dichtungshülse 50 ist in einem Stück aus einem elastisch nachgiebigen Material geformt. Sie kann insbesondere aus einem Elastomerwerkstoff, bevorzugt aus einem elastomeren Kunststoffmaterial, geformt sein, zweckmäßigerweise im Spritzguss. Auf diese Weise können gleich bei der Urformung alle Funktionselemente der Dichtungshülse 50 wie insbesondere die Dichtstege 51 bis 53, die Verbindungsstege 56 und 57 und die für eine Art Rastverbindung mit dem Ventilgehäuse 10 dienenden Eingriffselemente 59 erzeugt werden.
- In
Figur 4 ist das Steuerventil mit der auf dem Ventilgehäuse 10, d. h. auf der Befestigungsstruktur 10, positionierten und form- und reibschlüssig fixierten Dichtungshülse 50 in einer isometrischen Sicht dargestellt. Zu erkennen ist, dass jeder der Anschlüsse A, B, TA und TB von mehreren an der äußeren Umfangsfläche des Ventilgehäuses 10 mündenden Kanälen gebildet wird. Die Dichtungshülse 50 weist im Bereich ihrer Verbindungsstege 56 und 57 sowie in einem axialen Fortsatz, der mit dem Tankanschluss TB axial überlappt, radiale Durchgänge auf, die über den Umfang der Dichtungshülse 50 vorzugsweise so angeordnet sind, dass sie im positionierten und dadurch gleichzeitig auch fixierten Zustand der Dichtungshülse 50 mit den Mündungsöffnungen der den jeweils zugeordneten Anschluss A, B oder TB bildenden Kanäle des Ventilgehäuses 10 in Überdeckung sind. Die Dichtungshülse 50 verlängert die Kanäle des Ventilgehäuses 10 hierdurch ganz einfach in radialer Richtung, wodurch der Strömungswiderstand für das Druckfluid gering gehalten werden kann. Der Eingriff der Eingriffselemente 59 mit den Eingriffsgegenelementen 19 (Figur 3 ), d. h. den Mündungsöffnungen des Tankanschlusses TB, sorgt für die exakte Positionierung, wobei grundsätzlich ein Eingriffselement 59 genügen würde. Durch die Formung mehrerer Eingriffselemente 59, die vorzugsweise um die Drehachse R gleichmäßig verteilt angeordnet sind, d. h. von wenigstens zwei Eingriffselementen 59, die in derartigen Ausführungen zweckmäßigerweise um etwa 180° zueinander versetzt sind, wird der Sitz der Dichtungshülse 50 jedoch verbessert. Wird das Ventilgehäuse 10 wie bevorzugt mit der Nockenwelle 1 verschraubt, werden durch den Eingriff mehrerer Eingriffselemente 59 beim Herstellen der Schraubverbindung im Bereich der Dichtstege 51 bis 53 möglicherweise auftretende Reibkräfte über den Umfang der Dichtungshülse 50 verteilt aufgenommen. -
Figur 5 zeigt eine Befestigungsstruktur 10 mit einer Dichtungshülse 50 in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Befestigungsstruktur 10 wird wie im ersten Ausführungsbeispiel von einem in Bezug auf die Stator-Rotor-Anordnung zentralen Steuerventil gebildet. Es handelt sich um das gleiche Steuerventil wie im ersten Ausführungsbeispiel. Vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich die Dichtungshülse 50, indem der axiale Fortsatz, in dessen Bereich die Eingriffselemente 59 des ersten Ausführungsbeispiels angeordnet sind, entfallen ist. Anstelle des Eingriffs mit den Öffnungen des Tankanschlusses TB ist der form- und reibschlüssige Eingriff von Dichtungshülse 50 und Befestigungsstruktur 10 bzw. Ventilgehäuse 10 im Bereich des Steueranschlusses A gebildet. Dementsprechend weist die Dichtungshülse 50 im Bereich des Verbindungsstegs 56 über den Umfang verteilt mehrere Eingriffselemente 59 auf, die wie im ersten Ausführungsbeispiel als durchströmbare, radiale innere Abragungen, beispielhaft wieder als Stutzen, gebildet sind und jeweils in einen der den Steueranschluss A bildenden Kanäle des Ventilgehäuses 10 hinein ragen und in dessen mündungsnahen Bereich am Umfang des jeweiligen Kanals mit elastischer Spannung anliegen. Diese rastartige Verbindung entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, wie gesagt nur mit dem Unterschied, dass der Eingriff nicht mit dem Tankanschluss TB, sondern mit dem Steueranschluss A gebildet ist. Im Übrigen entspricht die Dichtungshülse 50 derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Sie kann die Dichtungshülse 50 des ersten Ausführungsbeispiels ersetzen. - In einer Modifikation könnte stattdessen der Eingriff auch mit dem Steueranschluss B gebildet werden, indem im Bereich des Verbindungsstegs 57 entsprechende Eingriffselemente 59 geformt werden. Im ersten Ausführungsbeispiel kann das wenigstens eine Eingriffselement 59 oder können die mehreren Eingriffselemente 59 statt am Fortsatz auch an einem der Verbindungsstege 56 und 57 vorgesehen sein. Die Eingriffselemente 59 müssen auch nicht auf jeweils nur einen der Verbindungsstege oder einen Fortsatz der Dichtungshülse 50 beschränkt sein, grundsätzlich können ein oder mehrere Eingriffselemente 59 auch an mehreren derartigen Stegen, beispielsweise an beiden Verbindungsstegen 56 und 57 vorgesehen sein. Ein oder mehrere Eingriffselemente 59 nur im Bereich eines der Verbindungsstege oder im Bereich des Fortsatzes genügt für die Positionierung jedoch vollauf und erleichtert die Befestigung der Dichtungshülse 50.
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Figur 6 zeigt von einem Phasensteller eines dritten Ausführungsbeispiels den zentralen Bereich, insbesondere den Fügeverbund von Nockenwelle 1 und Rotor 7 und zentraler Befestigungsstruktur 10, die wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen von einem Ventilgehäuse 10 eines zentralen Steuerventils gebildet wird. Das Steuerventil unterscheidet sich von dem Steuerventil des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels dadurch, dass die im Ventil integrierte Filtereinrichtung 30 entfallen, das Sperrorgan 40 konstruktiv abgewandelt, aber hinsichtlich seiner Funktion unverändert und auch wieder im Steuerventil integriert ist, und der Druckanschluss P sich im Ventilgehäuse 10 radial erstreckt. Von diesen aus derFigur 6 ohne weiteres ersichtlichen Unterschieden abgesehen entspricht das Steuerventil 10 demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. - Die Dichtungshülse 50 ist über die bereits beschriebenen Dichtfunktionen hinaus sowohl hinsichtlich der Dichtfunktion und ferner um eine Filterfunktion erweitert. Sie umfasst wieder die drei Dichtstege 51, 52 und 53 und die Verbindungsstege 56 und 57, mit denen sie die gleichen Funktionen wie die Dichtungshülse 50 des ersten Ausführungsbeispiels erfüllt. Sie umfasst ferner weitere Dichtstege, nämlich einen vierten Dichtsteg 54 und einen fünften Dichtsteg 55. Mit den Dichtstegen 51 bis 55 werden der Druckanschluss P, die Steueranschlüsse A und B und der Tankanschluss TB im Ringspalt 16 fluidisch voneinander getrennt und diese gesamte, im Ringspalt 16 befindliche Anschluss-Anordnung an den beiden axialen Enden durch die äußeren Dichtstege 51 und 55 abgedichtet. Der Ringspalt 16 umfasst einen ersten axialen Abschnitt, den der Rotor 7 und das Ventilgehäuse 10 miteinander bilden, und daran anschließend einen zweiten axialen Abschnitt, den das Ventilgehäuse 10 mit der Nockenwelle 1 bildet, indem die Nockenwelle 1 an ihrem axialen Ende einen Hohlraum aufweist, in den das Ventilgehäuse 10 hinein ragt und den es durchragt, um mittels des Verbindungsabschnitts 12 die drehmomentfeste Verbindung mit der Nockenwelle 1 zu bilden.
- Die Dichtungshülse 50 des dritten Ausführungsbeispiels umfasst eine Filtereinrichtung 300, welche die Filtereinrichtung 30 des ersten Ausführungsbeispiels ersetzt. Die Filtereinrichtung 300 ist axial zwischen den Dichtstegen 54 und 55 angeordnet und verbindet die Dichtstege 54 und 55 miteinander, bildet also innerhalb der Dichtungshülse 50 einen Verbindungssteg. Die Filtereinrichtung 300 ist hülsenförmig und kann insbesondere aus einem Kunststoff oder Metall bestehen. Sie ist für das Druckfluid durchlässig entsprechend einem Filtersieb, so dass das Druckfluid bei der Durchströmung der Filtereinrichtung 300 von partikelförmigem Schmutz gereinigt wird. Die Filtereinrichtung 300 bildet einen Strömungsquerschnitt für das ins Ventil strömende Druckfluid. Wie bevorzugt umgibt sie den Druckanschluss P. Die Filtereinrichtung 300 kann beispielsweise ein Metallvlies oder -gewebe, Kunststoffvlies oder -gewebe oder als Metall-Kunststoffvlies oder -gewebe umfassen oder insbesondere aus solch einem Vlies oder Gewebe bestehen. Die Filtereinrichtung kann auch eine gelochte oder perforierte Metallfolie oder Kunststofffolie umfassen oder von solch einer Folie gebildet werden.
- Das Druckfluid wird dem Phasensteller über die Nockenwelle 1 zugeführt, strömt dabei über einen Anschluss P der Nockenwelle 1 in den Ringspalt 16, durchströmt die Filtereinrichtung 300 und strömt über den in den Ringspalt 16 mündenden Druckanschluss P des Steuerventils und das Sperrorgan 40 in den Hohlraum 22 des Ventilkolbens 20 und wird von dort entsprechend der axialen Position des Ventilkolbens 20 wie bereits erläutert wahlweise über den Anschluss A oder den Anschluss B der jeweils zugeordneten Gruppe von Stellkammern K1 und K2 zugeführt und von der anderen Gruppe von Stellkammern K1 und K2 abgeführt. Diesbezüglich wird auf die Erläuterungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Der Anschluss P der Nockenwelle 1 ist im hohlen Endabschnitt der Nockenwelle 1 angeordnet. Er mündet in den Ringspalt 16, den die Nockenwelle 1 mit dem Ventilgehäuse 10 bildet. Der Anschluss P der Nockenwelle 1 mündet axial zum Anschluss P des Steuerventils versetzt in den Ringspalt 1, könnte grundsätzlich aber auch auf der gleichen axialen Höhe münden. Die Filtereinrichtung 300 überlappt axial mit beiden einander zugeordneten P-Anschlüssen.
- Die Dichtungshülse 50 kann wie bereits zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert insbesondere aus einem Elastomerwerkstoff im Spritzguss geformt werden. Die Filtereinrichtung 300 wird bei dem Spritzvorgang eingeformt, indem sie beim Spritzgießen unter Ausbildung der Dichtstege 54 und 55 an ihren axialen Enden umlaufend umspritzt und dadurch in die Elastomermatrix der Dichtungshülse 50 eingebettet wird.
- Die Dichtstege 51 bis 55 sind im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel dadurch modifiziert, dass sie sowohl nach radial innen zur Umfangsfläche des Ventilgehäuses 10 hin als auch nach radial außen zur Umfangsfläche des Rotors 7 und der Nockenwelle 1 hin radial verjüngt sind. Das Profil der Dichtstege 51 bis 55 ist zumindest im Wesentlichen rautenförmig, wobei zwei der verjüngten Rautenbereiche im Dichtkontakt mit der jeweils zugewandten Umfangsfläche des Ventilgehäuses 10 und des Rotors 7 stehen und im Bereich der beiden verbleibenden Rauteneckbereiche die Verbindungsstege 56, 57, 58 und die Filtereinrichtung 300 als weiterer Verbindungssteg anschließen.
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Figur 7 zeigt einen Phasensteller eines vierten Ausführungsbeispiels, der sich von den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, dass die Dichtungshülse 50 nicht an der zentralen Befestigungsstruktur 10, sondern am Rotor 7 befestigt ist. Die Befestigungsstruktur 10 wird wieder von einem zentralen Steuerventil des Phasenstellers, nämlich von dessen Ventilgehäuse 10 gebildet. Das Steuerventil entspricht dem Steuerventil des ersten Ausführungsbeispiels einschließlich der integrierten Filtereinrichtung 30 und dem integrierten Sperrorgan 40 in jeglicher Hinsicht. - Die Dichtungshülse 50 ist im vierten Ausführungsbeispiel formschlüssig und vorzugsweise auch reibschlüssig mit dem Rotor 7 verbunden. Sie liegt mit einem äußeren Umfang am inneren Umfang des Rotors 7 an. Sie umfasst einen ersten Dichtsteg 51, einen zweiten Dichtsteg 52 und einen dritten Dichtsteg 53 sowie einen weiteren Dichtsteg 54, der in erster Linie dazu dient, die Fixierung am Rotor 7 zu verbessern, optional aber auch im Fügeverbund mit der in
Figur 7 nicht dargestellten Nockenwelle eine Dichtfunktion übernehmen kann, indem die Nockenwelle optional axial gegen den Dichtsteg 54 drückt, wenn der Phasensteller an der Nockenwelle montiert ist. Der Dichtsteg 52 trennt wie im ersten Ausführungsbeispiel den Steueranschluss A vom Steueranschluss B, und der Dichtsteg 53 trennt wie ebenfalls im ersten Ausführungsbeispiel den Steueranschluss B vom axial daneben liegenden Tankanschluss TB. Der Dichtsteg 51 dichtet, grundsätzlich ebenfalls wie im ersten Ausführungsbeispiel, den Ringspalt A und dadurch auch den Steueranschluss A an der vom Steueranschluss B abgewandten Seite ab. In den Verbindungsstegen 56 und 57 sind wie ebenfalls im ersten Ausführungsbeispiel Durchgänge gebildet, um die Fluidverbindung zwischen den Steueranschlüssen A und B und den zugeordneten Verbindungskanälen des Rotors 7 herzustellen. Dem Steueranschluss A sind die Verbindungskanäle 7a (Fig. 2 ) und dem Steueranschluss B sind weitere Verbindungskanäle 7b zugeordnet, die den Steueranschluss B mit den Stellkammern K2 verbinden. Einer dieser Verbindungskanäle 7b ist im Schnitt derFigur 7 erkennbar. Die Dichtstege 52 und 53 verjüngen sich, beispielhaft konisch, nach radial innen, also in Richtung auf die zugewandte Umfangsfläche des Ventilgehäuses 10, gegen die sie mit einer gewissen elastischen Spannung drücken. - Die beiden äußeren Dichtstege 51 und 54 dienen der Fixierung der Dichtungshülse 50 in axialer Richtung. Sie ragen jeweils radial nach außen in eine entsprechende Vertiefung, im Ausführungsbeispiel jeweils eine umlaufende Schulter am jeweiligen axialen Ende des Rotors 7. Am axial von der Nockenwelle abgewandten Ende drückt das Ventilgehäuse 10 mit einer nach radial außen abragenden Schulter axial gegen den Rotor 7 und den Dichtsteg 51, wodurch der Rotor 7 im Fügeverbund zum einen axial gegen eine zugewandte Stirnfläche der Nockenwelle gepresst und dadurch die drehmomentfeste Verbindung von Nockenwelle und Rotor 7 gebildet wird und zum anderen mittels des Dichtstegs 51 der Ringspalt 16 dicht geschlossen wird. Am axial der Nockenwelle zugewandten Ende verlängert der Ringspalt 16 den Tankanschluss TB und dient somit der Abführung des Druckfluids aus den dem Steueranschluss B zugeordneten Stellkammern 9 (
Figur 2 ). In einer Modifikation der Dichtungshülse 50 kann der Dichtsteg 54 entfallen. - Der Dichtsteg 51 und vorzugsweise auch der Dichtsteg 54 kann oder können jeweils an einer ihrer Stirnseiten eine oder mehrere Vertiefungen, beispielsweise eine oder mehrere um die Drehachse R umlaufende Rillen aufweisen. Durch derartige Maßnahmen soll verhindert werden, dass der Dichtsteg 51 und optional der Dichtsteg 54 im jeweiligen Spalt so stark verpresst wird, dass die axiale Presskraft, mit der die Befestigungsschulter der Befestigungsstruktur 10 den Rotor 7 gegen die Nockenwelle 1 presst, in einem praktisch relevanten Ausmaß vom Dichtsteg 51 oder dem Dichtsteg 54 beeinflusst wird. Der Grund ist, dass Kunststoffmaterial unter Last zum Kriechen neigt und daher das bei der Montage eingestellte Anzugsmoment und dementsprechend die axiale Presskraft sich im Verlaufe des Betriebs des Phasenstellers verringern kann, wenn sich der Dichtsteg 51 oder 52 plastisch deformiert. Idealerweise ist der Dichtsteg 51 und vorzugsweise auch der Dichtsteg 54 axial nur so dick, dass er bei der Montage nicht zusammengepresst wird. Bei Ausbildung von einer oder mehreren Vertiefungen hat das Kunststoffmaterial der Dichtungshülse 50 jedoch die Möglichkeit auszuweichen, so dass das Problem der sich verringernden axialen Presskraft vermieden wird.
- Die Dichtungshülse 50 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel aus einem Elastomerwerkstoff im Spritzguss in einem Stück geformt. Von den beschriebenen Unterschieden abgesehen entspricht der Phasensteller des vierten Ausführungsbeispiels dem Phasensteller des ersten Ausführungsbeispiels.
- Die
Figuren 8 bis 10 zeigen den zentralen Bereich eines Phasenstellers in einem fünften Ausführungsbeispiel. Die Längsschnitte derFiguren 8 und 9 sind zueinander in Umfangsrichtung versetzt, undFigur 10 zeigt den inFigur 9 eingetragenen Querschnitt X-X. - Auch im fünften Ausführungsbeispiel wird die Befestigungsstruktur 10 vom Ventilgehäuse 10 eines zentralen Steuerventils des Phasenstellers gebildet. Im Ventilgehäuse 10 ist ein Ventilkolben 20 axial hin und her beweglich angeordnet. Er wird wie in den anderen Ausführungsbeispielen von einer Ventilfeder 14 in die eine Richtung seiner Beweglichkeit und mittels eines elektromagnetischen Stellglieds der Ventilfeder 14 entgegen mit einer Stellkraft beaufschlagt. Insoweit wird auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird der Rotor 7 vom Ventilgehäuse 10 axial gegen die Nockenwelle 1 gepresst und dadurch mit dieser drehmomentfest verbunden.
- Das Ventilgehäuse 10 weist wie ebenfalls im ersten Ausführungsbeispiel einen mit den Stellkammern K1 verbundenen Steueranschluss A und einen mit den Stellkammern K2 verbundenen Steueranschluss B auf, die jeweils in den Ringspalt 16 zwischen Rotor 7 und Ventilgehäuse 10 münden und über den Ringspalt 16 mit den jeweils zugeordneten Verbindungskanälen des Rotors 7 und über diese mit den jeweils zugeordneten Stellkammern K1 oder K2 verbunden sind. In den Ringspalt 16 mündet ferner, wie insbesondere in
Figur 9 erkennbar, ein im Ventilgehäuse 10 gebildeter Druckanschluss P, über den der Phasensteller mit dem Druckfluid versorgt wird. Die Stellkammern K1 und K2 der Stator-Rotor-Anordnung (Fig. 2 ) werden über einen ebenfalls mit P bezeichneten Anschluss der Nockenwelle 1, den Ringspalt 16 und das Steuerventil mit dem Druckfluid versorgt und entsprechend der Stellung des Ventilkolbens 20 über den Steueranschluss A oder den Steueranschluss B mit Druck beaufschlagt. In denFiguren 8 und 9 nimmt der Ventilkolben 20 eine Axialposition ein, in der der Druckanschluss P des Steuerventils mit dem Steueranschluss A zur Druckbeaufschlagung der Stellkammern K1 verbunden ist, während die Stellkammern K2 über den Steueranschluss B und durch das Innere des Ventilkolbens 20 und einen vom Ventilkolben 20 gebildeten Tankanschluss TB im Druck entlastet werden. Wird der Ventilkolben 20 gegen die Kraft der Ventilfeder 14 mit einer ausreichend großen Stellkraft beaufschlagt, schließt der Ventilkolben 20 den Steueranschluss A mit dem Tankanschluss TA kurz, der mit dem Tankanschluss TB identisch ist, und verbindet den Druckanschluss P des Steuerventils mit dem anderen Steueranschluss B. - Im Ringspalt 16 zwischen Rotor 7 und Ventilgehäuse 10 ist eine Dichtungshülse 50 angeordnet, die im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend um die Drehachse R umlaufende Dichtstege, nämlich einen ersten Dichtsteg 51, einen zweiten Dichtsteg 52 und einen dritten Dichtsteg 53 aufweist. Der zwischen den Anschlüssen A und B gelegene Dichtsteg 52 trennt die Anschlüsse A und B fluidisch voneinander. Genauer gesagt weist die Dichtungshülse 50 zwei Dichtstege 52 auf, die axial voneinander beabstandet sind und jeweils für eine Abdichtung sorgen. Die beiden Dichtstege 52 könnten jedoch zu einem einzigen vereint werden oder es könnte einer entfallen. Der Dichtsteg 53 trennt den Steueranschluss B vom Druckanschluss P, zu dem auch der von der Nockenwelle 1 gebildete Anschluss P gerechnet wird, durch den das Druckfluid in den Ringspalt 16 strömt. Der Ringspalt 16 umfasst entsprechend einen zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Rotor 7 gebildeten Spaltabschnitt und einen sich daran anschließenden, zwischen der Nockenwelle 1 und ebenfalls dem Ventilgehäuse 10 gebildeten weiteren Spaltabschnitt, wie etwa im dritten Ausführungsbeispiel (
Fig. 6 ). Die Dichtungshülse 50 erstreckt sich in diesen weiteren Spaltabschnitt des Ringspalts 16. - Die Dichtungshülse 50 des fünften Ausführungsbeispiels umfasst wie im dritten Ausführungsbeispiel eine Filtereinrichtung 300, die auf dem Strömungsweg des Druckfluids im Ringspalt 16 zwischen dem Anschluss P der Nockenwelle 1 und dem Druckanschluss P des Ventilgehäuses 10 angeordnet ist. Die Filtereinrichtung 300 wird im Ringspalt 16 axial durchströmt und weist dementsprechend einen Filterquerschnitt mit einer axialen Projektionsfläche auf. Wie bevorzugt, aber nur beispielhaft ist die Filtereinrichtung 300 zur Drehachse R geneigt, um den Filterquerschnitt, d.h. die durchströmbare Filterquerschnittsfläche, im Vergleich zu einem nur radial erstreckten Filterquerschnitt zu vergrößern und den Strömungswiderstand klein zu halten.
- Im fünften Ausführungsbeispiel weist die Dichtungshülse 50 ferner an ihrer dem Ventilgehäuse 10 zugewandten inneren Umfangsfläche um die Drehachse R verteilt mehrere axial erstreckte Kanäle 60 auf (
Fig. 9 ), die wie bevorzugt, aber nur beispielhaft an der inneren Umfangsfläche der Dichtungshülse 50 offen sind. Die Kanäle 60 können insbesondere nutförmig sein. Die Kanäle 60 erstrecken sich von der Stirnseite der Dichtungshülse 50, die der Nockenwelle 1 zugewandt ist, jeweils bis zum Druckanschluss P des Ventilgehäuses 10, verbinden den Anschluss P des Ventilgehäuses 10 also mit dem Anschluss P der Nockenwelle 1. - Indem die Dichtungshülse 50 mit einem oder mehreren zusätzlichen Kanälen 60 versehen ist, in dem oder denen das Druckfluid im Ringspalt 16 geführt und optional verteilt, beispielsweise dem P-Anschluss des Ventilgehäuses 10 zugeführt wird, eröffnen sich zusätzliche Möglichkeiten für die Gestaltung der Fluidführung für den Phasensteller. Ein oder mehrere derartige zusätzliche Kanäle 60 kann oder können bei jedem anderen der Ausführungsbeispiele ebenfalls vorgesehen sein, beispielsweise wie im fünften Ausführungsbeispiel in der Zuführung des Druckfluids zu einem zentralen Steuerventil oder beispielsweise auch in der Abführung zu einem Tankanschluss wie etwa einem der Tankanschlüsse TA und TB, um nur Beispiele zu nennen. Die jeweilige Dichtungshülse 50 muss im Bereich des einen oder der mehreren Kanäle 60 nur ausreichend dick sein, um den einen oder die mehreren Kanäle 60 mittels der jeweiligen Dichtungshülse 50 bilden zu können.
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Figur 11 zeigt einen an der Nockenwelle 1 angeordneten Phasensteller eines sechsten Ausführungsbeispiels in einem zentralen Bereich, in dem wie in den anderen Ausführungsbeispielen der drehfeste Fügeverbund von Nockenwelle 1 und Rotor 7 gebildet ist. Vom Stator sind die beiden Deckel 4 und 6 erkennbar. Der Rotor 7 ist wie in den anderen Ausführungsbeispielen mittels einer zentralen Befestigungsstruktur 100 drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Die Befestigungsstruktur 100 ragt axial in und durch den Rotor 7 und in einen hohlen Endabschnitt der Nockenwelle 1 und ist im Bereich ihres Verbindungsabschnitts 12 mit der Nockenwelle 1 verbunden, vorzugsweise verschraubt. Die Befestigungsstruktur 100 presst den Rotor 7 axial in Richtung auf die Nockenwelle 1, wie in den anderen Ausführungsbeispielen direkt gegen die Nockenwelle 1, und stellt dadurch die drehfeste Verbindung her. Der Stator ist im Bereich seines Deckels 4 relativ zur Nockenwelle 1 und im Bereich seines Deckels 6 relativ zur Befestigungsstruktur 100 im Rahmen seiner Drehwinkelverstellbarkeit beweglich, vorzugsweise jeweils drehgleitgelagert. Der Stator und der Rotor 7 sind wie in den anderen Ausführungsbeispielen ausgeführt, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen werden kann. - Die Befestigungsstruktur 100 wird in Abweichung von den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht von einem Steuerventil gebildet. Im sechsten Ausführungsbeispiel ist das Steuerventil, das die Drehwinkelverstellungen des Rotors 7 relativ zum Stator steuert, in Bezug auf die Stator-Rotor-Anordnung extern, vorzugsweise nahe bei der Stator-Rotor-Anordnung, angeordnet. Das Druckfluid wird den Stellkammern K1 und K2 (
Figur 2 ) der Stator-Rotor-Anordnung zur Druckbeaufschlagung zugeführt und von den Stellkammern K1 und K2 ebenfalls über den Ringspalt 16 zur Druckentlastung abgeführt. Der Ringspalt 16 umfasst zwei aneinander grenzende axiale Abschnitte, von denen der eine zwischen der Befestigungsstruktur 100 und dem Rotor 7 und der andere zwischen der Befestigungsstruktur 100 und dem hohlen Endabschnitt der Nockenwelle 1 gebildet wird. In den Ringspalt 16 münden der Druckanschluss P, der den Stellkammern 8 zugeordnete Anschluss A, der den Stellkammern 9 zugeordnete Anschluss B und zwei Tankanschlüsse TA und TB. Die beiden Tankanschlüsse TA und TB bilden in Abhängigkeit vom Zustand, den das externe Steuerventil einnimmt, auch jeweils den Druckanschluss P des Phasenstellers. In einem ersten Zustand des Steuerventils strömt das Druckfluid vom Steuerventil aus durch den Druckanschluss P, der in einem anderen Zustand des Steuerventils den Tankanschluss TA bildet, in den Ringspalt 16 und über den Ringspalt 16 und den im Ringspalt 16 mündenden Anschluss A, den die Verbindungskanäle 7a (Figur 2 ) des Rotors 7 bilden, in die Steuerkammern K1. Im ersten Zustand des Steuerventils werden währenddessen gleichzeitig die Stellkammern K2 über im Rotor 7 gebildete Verbindungskanäle, deren Mündungsbereiche gemeinsam den Steueranschluss B bilden, in den Ringspalt 16 und von dort aus über den Tankanschluss TB zum Steuerventil hin im Druck entlastet. In einem zweiten Zustand des Steuerventils strömt das Druckfluid vom Steuerventil aus durch die den Tankanschluss TB bildenden Öffnungen, die in diesem Ventilzustand den Druckanschluss P des Phasenstellers bilden, in den Ringspalt 16 und über den Ringspalt 16 und den von weiteren Verbindungskanälen des Rotors 7 gebildeten Anschluss B in die Stellkammern K2. Gleichzeitig werden die Stellkammern K1 im Druck entlastet, indem das Druckfluid aus den Stellkammern K1 über den Anschluss A und den Ringspalt 16 sowie den Tankanschluss TA in Richtung Steuerventil abströmt. - Im Ringspalt 16 ist eine Dichtungshülse 50 angeordnet, um die Anschlüsse A, B, P bzw. TA und P bzw. TB fluidisch voneinander trennen. Wie bereits erläutert, bildet in Abhängigkeit vom Zustand des externen Steuerventils entweder der Tankanschluss TA den Druckanschluss P oder der Tankanschluss TB den Druckanschluss P der Stator-Rotor-Anordnung. Das Steuerventil kann ferner so gebildet sein, dass es das Druckfluid gleichzeitig zu beiden Anschlüssen TA und TB leitet, so dass beide Tankanschlüsse den Druckanschluss P gemeinsam bilden, um beide Stellkammergruppen K1 und K2 gleichzeitig mit dem Druckfluid zu beaufschlagen und den Rotor 7 in einer Drehwinkelposition zwischen der Frühstellung und der Spätstellung zu halten.
- Die Dichtungshülse 50 umfasst einen ersten Dichtsteg 51, einen zweiten Dichtsteg 52 und einen dritten Dichtsteg 53 sowie einen Verbindungssteg 56, der sich axial zwischen den Dichtstegen 51 und 52 erstreckt und diese miteinander verbindet, und einen Verbindungssteg 50, der sich axial zwischen den Dichtstegen 52 und 53 erstreckt und diese miteinander verbindet. Der Dichtsteg 52 dichtet die Anschlüsse A und B gegeneinander ab. Der Dichtsteg 53 dichtet die Anschlüsse B und TB gegen den Tankanschluss TA ab. Im Ergebnis trennt die Dichtungshülse somit die beiden Gruppen von Stellkammern K1 und K2 im Ringspalt 16 fluidisch voneinander. Die Anschlüsse B und TB münden axial zwischen den Dichtstegen 52 und 53 im Bereich des Verbindungsstegs 57 in den Ringspalt 16. Die Anschlüsse A und TA münden links und rechts außerhalb des durch die Dichtstege 52 und 53 abgedichteten Spaltabschnitts, in den die Anschlüsse B und TB münden.
- Der Dichtsteg 51 ragt in eine Vertiefung, die an der von der Nockenwelle 1 abgewandten Seite als umlaufende Schulter am Rotor 7 geformt ist. Im gefügten Zustand drückt die Befestigungsstruktur 100 mit einer Befestigungsschulter axial gegen den Rotor 7 und dabei gleichzeitig auch gegen den Dichtsteg 51. Im Ausführungsbeispiel drückt die Befestigungsschulter der Befestigungsstruktur 100 nicht unmittelbar gegen den Dichtsteg 51, sondern über einen Andrückkörper, an dessen äußeren Umfang der Stator, nämlich dessen Deckel 6, gelagert ist.
- Die Dichtungshülse 50 liegt mit ihren Dichtstegen 51, 52 und 53 nur am Rotor 7 und an einem inneren Umfang der Nockenwelle 1 an. Zwischen dem äußeren Umfang der Befestigungsstruktur 100 und der Dichtungshülse 50 verbleibt ein Ringspalt 61, der den Anschluss A mit dem Tankanschluss TA verbindet. In einer Modifikation kann die Dichtungshülse 50 am Umfang der Befestigungsstruktur 100 abgestützt und am Innenumfang der Dichtungshülse 50 wenigstens ein axialer Kanal geformt sein, der an der inneren Umfangsfläche der Dichtungshülse 50 offen ist. Bevorzugter können in einer derartigen Modifikation über den inneren Umfang der Dichtungshülse 50 verteilt mehrere solche Kanäle gebildet sein. Der eine oder die mehreren Kanäle würden den Ringspalt 61 ersetzen, indem der eine oder die mehreren Kanäle die Anschlüsse A und TA miteinander verbindet oder verbinden. Vorteil der Modifikation wäre, dass die Dichtungshülse 50 nach radial innen an der Befestigungsstruktur 100 abgestützt ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Dichtungshülse 50 über ihre axiale Länge gesehen ausreichend biegesteif, um den zur Abdichtung erforderlichen Kontaktdruck mit der inneren Umfangsfläche des Rotors 7 und der inneren Umfangsfläche der Nockenwelle 1 zu gewährleisten. Die Dichtungshülse 50 kann für diesen Zweck beispielsweise eine sich vom Dichtsteg 51 bis zum Dichtsteg 53 erstreckende biegesteife Trägerhülse umfassen, die mit einem Elastomerwerkstoff umspritzt ist, um die Dichtstege 51, 52 und 53 in der erforderlichen Elastizität zu erhalten. Die Trägerstruktur kann beispielsweise aus einem Metallwerkstoff oder einem ausreichend steifen Kunststoff geformt sein. In noch einer Modifikation kann solch eine Trägerhülse den Dichtsteg 52 oder den Dichtsteg 53 unmittelbar bilden, indem der Dichtsteg 52 oder 53 durch entsprechende Formgebung nicht wie im Ausführungsbeispiel materialelastisch, sondern formelastisch gegen die innere Umfangsfläche des Rotors 7 oder der Nockenwelle 1 drückt oder jeweils drücken.
- Die
Figuren 12 und 13 zeigen eine Befestigungsstruktur 10, die mit einer Dichtungshülse 50 aus einem Elastomerwerkstoff umspritzt ist. Die Dichtungshülse 50 umfasst die Dichtstege 51, 52 und 53 und die sich axial zwischen je zwei benachbarten Dichtstegen erstreckenden Verbindungsstege 56 und 57, welche die jeweils links und rechts angrenzenden Dichtstege miteinander verbinden. - Die Befestigungsstruktur 10 ist wie in anderen Ausführungsbeispielen auch ein Ventilgehäuse 10 eines Steuerventils des Phasenstellers. Das Steuerventil entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels. Die durch das Umspritzen angeformte Dichtungshülse 50 weist im Bereich der Verbindungsstege 56 und 57 über den Umfang verteilt mehrere Durchgänge auf, die in Überdeckung mit Öffnungen der die Steueranschlüsse A und B bildenden Steuerkanäle des Ventilgehäuses 10 sind. Auf diese Weise wird im montierten Zustand für die Stator-Rotor-Anordnung eine kurze, widerstandsarme Fluidverbindung zwischen dem Steuerventil 10 und dem umgebenden Rotor erhalten.
- Um einen besonders sicheren Halt der Dichtungshülse 50 auf der Befestigungsstruktur 10 zu gewährleisten, weist die Befestigungsstruktur 10 an ihrem äußeren Umfang in der axialen Überlappung mit der Dichtungshülse 50 eine reliefartige, beispielsweise gerändelte, Oberfläche, also einen gerauten Umfang 70 mit einer Vielzahl flacher Erhebungen und entsprechender Vertiefungen auf in die der Elastomerwerkstoff beim Spritzgießen dringt. Hierdurch wird die Kontaktfläche von Befestigungsstruktur 10 und Dichtungshülse 50 vergrößert und sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung ein fester Formschluss zwischen diesen beiden Strukturen 10 und 50 erhalten. Grundsätzlich kann die äußere Umfangsfläche der Befestigungsstruktur 10 im Bereich der Dichtungshülse 50 aber auch glatt sein. Zu den Dichtstegen 51-53 ist noch nachzutragen, dass sie sich wie im ersten Ausführungsbeispiel nach radial außen, in Richtung auf die innere Umfangsfläche des Rotors verjüngen.
- Von den geschilderten Merkmalen abgesehen entspricht der Phasensteller des siebten Ausführungsbeispiels dem des ersten Ausführungsbeispiels. So kann die Befestigungsstruktur 10 mit der angeformten Dichtungshülse 50 beispielsweise die Befestigungsstruktur 10 und Dichtungshülse 50 des ersten Ausführungsbeispiels ersetzen.
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Figur 14 zeigt von einem Phasensteller eines achten Ausführungsbeispiels die zentrale Befestigungsstruktur 10 und eine auf dem äußeren Umfang der Befestigungsstruktur 10 befestigte Dichtungshülse 50. Die Dichtungshülse 50 ist separat von der Befestigungsstruktur 10 gefertigt und auf den äußeren Umfang der Befestigungsstruktur 10 bei 71 gepresst oder geklebt. Press- und Klebeverbindung 71 können jeweils ausschließlich oder in Kombination verwirklicht sein. Von den erläuterten Merkmalen abgesehen entspricht die Anordnung aus Befestigungsstruktur 10 und Dichtungshülse 50 derjenigen des siebten Ausführungsbeispiels. - In
Figur 15 sind eine zentrale Befestigungsstruktur 10 und eine darauf befestigte Dichtungshülse 50 in einem neunten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Befestigungsstruktur 10 wird wieder von einem Ventilgehäuse 10 eines Steuerventils dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend gebildet. Die Dichtungshülse 50 ist form- und reibschlüssig mit der Befestigungsstruktur 10 verbunden. Sie weist im Bereich ihrer Dichtstege 51, 52 und 53 Eingriffselemente 72 auf, die mit Eingriffsgegenelementen 73 der Befestigungsstruktur 10 im Eingriff sind. Die Eingriffselemente 72 sind in Bezug auf den Eingriff Abragungen und die Eingriffsgegenelemente 53 dementsprechend Vertiefungen. Im Ausführungsbeispiel sind die Eingriffsgegenelemente 73 um die Drehachse R umlaufende, nutförmige Kanäle. Die Eingriffselemente 72 sind als um die Drehachse R ringförmig umlaufende Abragungen gebildet. Im Ausführungsbeispiel sind die Dichtstege 51, 52 und 53 wie im dritten Ausführungsbeispiel (Figur 6 ) im Profil rautenförmig, wobei die radial einander gegenüberliegenden Rauteneckbereiche außen an der inneren Umfangsfläche des Rotors 7 dichtend anliegen, wenn die Befestigungsstruktur 10 in den zentralen Durchgang des Rotors 7 eingeführt oder insbesondere der Phasensteller an der Nockenwelle montiert ist, und die radial inneren Rauteneckbereiche bilden die Eingriffselemente 72, d. h. ein Eingriffselement pro Dichtsteg 51, 52 und 53. Die Eingriffselemente 72 und Eingriffsgegenelemente 53 bilden im Eingriff miteinander auch die Dichtung zur Befestigungsstruktur 10 hin. Die Dichtungshülse 50 kann in Umfangsrichtung zusätzlich fixiert sein, beispielsweise durch eine Klebeverbindung oder eine zusätzliche Formschlussverbindung, um ein Verdrehen der Dichtungshülse 50 relativ zur Befestigungsstruktur 10 sicherer zu verhindern. - Von den erläuterten Merkmalen abgesehen entspricht die Anordnung aus Befestigungsstruktur 10 und Dichtungshülse 50 denjenigen des siebten und achten Ausführungsbeispiels.
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Figur 16 zeigt den Rotor 7 und die zentrale Befestigungsstruktur 10 eines Phasenstellers in einem zehnten Ausführungsbeispiel. Im Ringspalt zwischen Rotor 7 und Befestigungsstruktur 10 ist eine Dichtungshülse 50 positioniert und fixiert. Die Dichtungshülse 50 ist zwischen einer Stirnfläche 10a der Befestigungsstruktur 10 und einer Stirnfläche 7c des Rotors 7 axial eingefasst. Die Stirnfläche 10a ist ein innerer Ringflächenbereich der Befestigungsschulter der Befestigungsstruktur 10. Die axial gegenüberliegende Stirnfläche 7c ist eine Schulterfläche des Rotors 7, über die sich der Durchmesser des zentralen Durchgangs des Rotors 7 verringert. Die beiden äußeren Dichtstege 51 und 53 liegen an der jeweils zugewandten Stirnfläche 10a und 7c axial an und dichten die Anschlüsse A und B zur Umgebung hin ab. Der mittlere Dichtsteg 52 dichtet die Anschlüsse A und B gegeneinander ab. Die Dichtstege 51, 52 und 53 sind im Wesentlichen rechteckförmig, also nicht verjüngt. Entsprechend ist von Vorteil, wenn bei Ausführung der Dichtungshülse 50 als Spritzgusshülse ein im Vergleich zu anderen Ausführungsbeispielen weicherer Elastomerwerkstoff verwendet wird. In einer Modifikation können die Dichtstege 51 bis 53 sich jedoch zum Rotor 7 oder der Befestigungsstruktur 10 hin verjüngen, wobei allerdings dafür Sorge getragen werden muss, dass die Dichtstege 51 und 53 dichtend an den Stirnflächen 10a und 7c anliegen, die Dichtungshülse 50 also nach wie vor zwischen den Stirnflächen 10a und 7c axial eingefasst ist, und nach außen abdichten. Von den erläuterten Merkmalen abgesehen entspricht der Phasensteller dem des ersten Ausführungsbeispiels. - In
Figur 17 , dem elften Ausführungsbeispiel, verringert sich der Durchmesser des zentralen Durchgangs des Rotors 7 in mehreren Stufen, eine Stufe pro Dichtsteg der Dichtungshülse 50. Die Dichtungshülse 50 umfasst wieder den ersten Dichtsteg 51, den zweiten Dichtsteg 52 und den dritten Dichtsteg 53 sowie diese verbindende Verbindungsstege 56 und 57. Die Dichtungshülse 50 ist im Ganzen wie im vorherigen Ausführungsbeispiel zwischen einer Stirnfläche 10a der Befestigungsstruktur 10 und einer Stirnfläche 7c des Rotors 7 axial eingefasst und dichtet den Ringspalt 16 über die axiale Länge der Dichtungshülse 50 durch Kontakt mit der Schulterfläche 10a und Kontakt mit der Schulterfläche 7c nach außen, zur Umgebung ab. Im Unterschied zum vorherigen Ausführungsbeispiel liegen der Dichtsteg 51 an seiner von der Stirnfläche 10a abgewandten Seite an einer Stirnfläche 7d des Rotors 7 und der Dichtsteg 52 an einer weiteren Stirnfläche 7e des Rotors 7 an. Von den genannten Merkmalen abgesehen entspricht der Phasensteller demjenigen des vorherigen Ausführungsbeispiels (Figur 16 ). -
Figur 18 zeigt einen Phasensteller eines zwölften Ausführungsbeispiels, der sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur in der Dichtungshülse 50 unterscheidet. In den bislang erläuterten Ausführungsbeispielen beruhte die Dichtwirkung der jeweiligen Dichthülse 50 zumindest im Wesentlichen auf Materialelastizität, d. h. auf den elastischen Eigenschaften des verwendeten Elastomerwerkstoffs. Im zwölften Ausführungsbeispiel wird die Dichtwirkung zumindest im Wesentlichen durch eine entsprechende Formgebung und somit durch Formelastizität der Dichtungshülse 50 erhalten. Die Dichtungshülse 50 umfasst die Dichtstege 51, 52 und 53 und die Dichtstege miteinander verbindende Verbindungsstege 56 und 57. Die Dichthülse 50 kann insbesondere aus einem Metallwerkstoff geformt sein, beispielsweise aus Federstahl. Die Dichtstege 51, 52 und 53 sind im Profil jeweils gewellt. Jeder der Dichtstege 51, 52 und 53 ist um die Drehachse R in einem dichtenden Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche der Befestigungsstruktur 10 und einem dichtenden Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Rotors 7, um die Anschlüsse A und B im Ringspalt 16 gegeneinander und zur Umgebung abzudichten. Von den erläuterten Unterschieden abgesehen entsprich der Phasensteller dem des ersten Ausführungsbeispiels. - Nachfolgend werden im Funktionsumfang reduzierte, in der vorliegenden Anmeldung nicht beanspruchte Dichtungshülsen 50 offenbart:
-
Figur 19 zeigt eine Befestigungsstruktur 10 mit einer daran befestigten Dichtungshülse 50, die sich von der Dichtungshülse 50 des ersten Ausführungsbeispiels dadurch unterscheidet, dass der Dichtsteg 51 und der Verbindungssteg 56 des ersten Ausführungsbeispiels weggefallen sind. Von diesem Unterschied abgesehen entspricht die Dichtungshülse 50 und auch die Befestigungsstruktur 10 dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Dichtungshülse 50 kann diejenige des ersten Ausführungsbeispiels einfach ersetzen, wobei der fehlende Dichtsteg 51 durch eine anderweitige, separate Dichtung ersetzt wird. -
Figur 20 zeigt die Befestigungsstruktur 10 des ersten Ausführungsbeispiels mit einer Dichtungshülse 50, die nur die beiden Dichtstege 52 und 53 und den sie verbindenden Verbindungssteg 57 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Eingriffselemente 59 im Bereich des Verbindungsstegs 57 gebildet. -
Figur 21 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Dichtungshülse 50 nur zwei Dichtstege, nämlich den Dichtsteg 52 und den Dichtsteg 53, und einen diese Dichtstege 51 und 52 miteinander verbindenden Verbindungssteg 57 aufweist. Im Fügeverbund von Rotor und Nockenwelle übernehmen die Dichtstege 52 und 53 die zu den Ausführungsbeispielen derFiguren 1 bis 18 zu den dortigen Dichtstegen 52 und 53 erläuterten Funktionen. Die Dichtungshülse 50 ist dem Ausführungsbeispiel derFiguren 12 und 13 entsprechend auf dem äußeren Umfang der Befestigungsstruktur 10 angeordnet. Die Befestigungsstruktur 10 ist mit dem die Dichtungshülse 50 bildenden Elastomerwerkstoff umspritzt. Die Befestigungsstruktur 10 weist im umspritzten Axialabschnitt einen gerauten Umfang 70 auf, vorzugsweise eine reliefartige Oberfläche, um die feste Verbindung mit der Dichtungshülse 50 zu verbessern. Von den erläuterten Unterschieden abgesehen entsprechen die Befestigungsstruktur 10 und die Dichtungshülse 50 derjenigen des Ausführungsbeispiels derFiguren 12 und 13 , so dass auf die dortige Beschreibung und im Übrigen auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen wird. - In
Figur 22 ist eine Befestigungsstruktur 10 mit einer daran fest angeordneten Dichtungseinrichtung 50 dargestellt, die nicht als Dichtungshülse, sondern durch zwei separate Dichtstege 52 und 53 gebildet wird. Die Befestigungsstruktur 10 ist in jeweils einem Axialabschnitt zwischen den Anschlüssen A und B und den Anschlüssen B und TB mit einem Elastomerwerkstoff umspritzt, der jeweils einen der Dichtstege 52 und 53 bildet. Die Befestigungsstruktur 10 weist radial unterhalb der Dichtstege 52 und 53 umlaufend jeweils eine schmale, radial nach außen abstehende Rippe auf, die mit dem Elastomerwerkstoff an jeweils der Umfangsfläche und an jeweils beiden axialen Seiten umspritzt ist. In einer Weiterentwicklung kann im gleichen Spritzprozess gemeinsam mit den Dichtstegen 52 und 53 ein diese beiden Stege miteinander verbindender Verbindungssteg entsprechend dem Verbindungssteg 57 der anderen Ausführungsbeispiele geformt und die separaten Dichtstege 52 und 53 dadurch zu einer Dichtungshülse weitergebildet werden. Die Ausbildung der flachen, umlaufenden Rippen an der Befestigungsstruktur 10 ist als ein weiteres Beispiel für eine formschlüssige Verbindung zu sehen, durch die beispielsweise der Eingriff des wenigstens einen Eingriffselements 59 und des wenigstens einen Eingriffsgegenelements 19 des ersten Ausführungsbeispiels oder die geraute Umfangsfläche in den Ausführungsbeispielen derFiguren 12, 13 und21 ersetzt werden kann. -
Figur 23 zeigt in einer isometrischen Sicht eine Befestigungsstruktur 10 mit einer ebenfalls modifizierten Dichtungshülse 50, die wie in den Ausführungsbeispielen derFiguren 19 bis 21 nur die Dichtstege 52 und 53 und einen diese miteinander verbindenden Verbindungssteg 57 umfasst. Im Unterschied zu den anderen Ausführungsbeispielen wird die Dichtungshülse 50 nicht axial auf die Befestigungsstruktur 10 aufgeschoben oder aufgezogen, sondern von der Seite her angebracht. Sie ist zu diesem Zweck einmal axial geteilt, die Teilung ist mit 50a bezeichnet, so dass sie gegen ihre elastische Rückstellkraft ausreichend weit aufgebogen und im aufgebogenen Zustand von der Seite, radial, auf den äußeren Umfang der Befestigungsstruktur aufgelegt werden kann. Sie kann vorteilhafterweise wenigstens ein Eingriffselement, beispielsweise wenigstens ein Eingriffselement 59 wie im ersten Ausführungsbeispiel, aufweisen, das bei der Anbringung der Dichtungshülse 50 in eine der den Anschluss B bildenden Öffnungen der Befestigungsstruktur 10 gedrückt wird. Die Befestigungsstruktur 10 wird wie in den Ausführungsbeispielen derFiguren 21 und 22 vom Ventilgehäuse 10 eines zentral angeordneten Steuerventils dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend gebildet. Jede der in einem Fügeprozess mit der Befestigungsstruktur 10 verbundenen Dichtungshülsen 50 kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel derFigur 23 eine Teilung 50a aufweisen, um von der Seite um die Befestigungsstruktur 23 gelegt werden zu können. Allerdings wird nicht geteilten Dichtungshülsen 50 der Vorzug gegeben. -
Figur 24 zeigt einen Phasensteller mit einer gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel modifizierten Stator-Rotor-Anordnung. Die zentrale Befestigungsstruktur 10 mit integrierter Filtereinrichtung 30 und integriertem Sperrorgan 40 entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Ringspalt 16 ist auch die Dichtungshülse 50 des ersten Ausführungsbeispiels angeordnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Stator 3 nur zweiteilig. Das Mitttelteil 5 und der Deckel 6 sind in einem Stück geformt. - Vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich auch der Verriegelungsmechanismus. Der Verriegelungsmechanismus umfasst ein Verriegelungspin 83, der in einer gestuften Bohrung des Rotors 7 aufgenommen und axial geführt ist. Der Pin 83 kann bei Druckbeaufschlagung eines Druckraums 84 gegen die Kraft einer Verriegelungsfeder 85 aus der in
Figur 24 eingenommenen eingeriegelten Position in eine Freigabeposition bewegt werden, um den Rotor 7 in Richtung auf die Spätstellung bewegen zu können. Zu diesem Zweck ist er fluidisch mit der nächstgelegenen Spätstellkammer K2 verbunden. Abgesehen von der Beaufschlagung aus einer der Spätstellkammern K2 entspricht der den Verriegelungspin 83 umfassende Verriegelungsmechanismus dem derDE 10 2011 004 539 . - Im Unterschied zu dem Verriegelungsmechanismus der
Figur 24 weist der Verriegelungsmechanismus des ersten Ausführungsbeispiels (Figuren 1-4 ) Besonderheiten auf. So ist der Verriegelungspin 80 im Rotor 7 in einer einfachen, nicht gestuften Bohrung aufgenommen und axial geführt. Diese Bohrung ist im Rotor 7 des ersten Ausführungsbeispiels als Sackbohrung gebildet, so dass sich die Verriegelungsfeder 82 unmittelbar am Rotor 7 und nicht wie im Ausführungsbeispiel derFigur 24 an einem eingesetzten Abstützelement 86 abstützt. Wegen der Abstützung der Verriegelungsfeder 82 unmittelbar am Rotor, im ersten Ausführungsbeispiel unmittelbar an einer vom Rotor 7 gebildeten Rückwand der Sackbohrung, entfällt ein separat zu fertigendes und zu montierendes Abstützelement, wie das Abstützelement 86. Derartige Abstützelemente sind üblicherweise aus Kunststoff gefertigt, woraus die Gefahr erwächst, dass sich das Abstützelement 86 im Betrieb des Phasenstellers axial bewegen und dadurch axialen Reibungsdruck auf die gegenüberliegende Stirnfläche des Stators 3, inFigur 24 des Statordeckels 4, ausüben kann. Dies wird beim Verriegelungsmechanismus des ersten Ausführungsbeispiels durch die direkte Abstützung am Rotor 7 verhindert. Noch ein Unterschied besteht darin, dass im ersten Ausführungsbeispiel der Druckraum 81 unmittelbar an die Verriegelungsöffnung des Stators 3, hier des Statordeckels 4, grenzt, und die Stirnfläche des Verriegelungspins 80, die den Druckraum 81 begrenzt und daher mit dem darin herrschenden Druck beaufschlagt wird, unmittelbar der Statorstirnfläche, hier des Statordeckels 4, axial gegenüber liegt. Ferner ist bereits aufgrund der Toleranzen dafür gesorgt, dass der Druckraum 81 mit der Verriegelungsöffnung des Stators 3, in die der Verriegelungspin 80 im verriegelten Zustand eingetaucht ist, in Fluidverbindung steht, so dass auch die in die Verriegelungsöffnung eingetauchte Stirnfläche des Verriegelungspins 80 mit dem Druckfluid aus dem Druckraum 81 beaufschlagt wird. Im Ergebnis wird ein Verriegelungsmechanismus erhalten, der ebenso sicher wie im Ausführungsbeispiel derFigur 24 verriegelt und entriegelt, der aber andererseits konstruktiv vereinfacht, hinsichtlich der erläuterten Reibproblematik verbessert und nicht zuletzt aus diesen beiden Gründen auch robuster ist. Der Druckraum 81 kann mit einer benachbarten Stellkammer K2 oder direkt mit dem B-Anschluss verbunden sein. - Zum Ausführungsbeispiel der
Figur 24 ist noch nachzutragen, dass der Phasensteller einen Gegenhalter 75 aufweist, der an einem der Nockenwelle 1 zugewandten Ende mit einem Flansch in einen Axialspalt zwischen Rotor 7 und der Befestigungsschulter der Befestigungsstruktur 10 ragt. Dieser Flansch des Gegenhalters 84 wirkt in der Art einer Unterlegscheibe. Er fängt Reibkräfte bei der Montage ab und entlastet dadurch eine Absteckeinrichtung, mit welcher der Rotor 7 oder die Nockenwelle 1 bei der Montage des Phasenstellers gesichert wird oder werden. Der Gegenhalter 75 schließt ferner einen Raum rückwärtig ab, in dem die Torsionsfeder 17 angeordnet ist. Der Gegenhalter 75 dient auf diese Weise auch als Verliersicherung für den Fall, dass die Torsionsfeder 17 brechen sollte. Schließlich kann der Gegenhalter 75 auch noch als Drehwinkelgeber benutzt werden, dessen Drehwinkelposition und damit die Drehwinkelposition des Rotors 7, relativ zum Stator 3 mittels eines Sensors detektiert werden kann. -
- 1
- Nockenwelle
- 2
- Maschinengehäuse
- 3
- Stator
- 4
- Antriebsrad
- 5
- Flügelrad
- 5a
- Statorbacken
- 6
- Deckel
- 7
- Rotor
- 7a
- Verbindungskanal
- 7b
- Verbindungskanal
- 7c
- Stirnfläche
- 7d
- Stirnfläche
- 7e
- Stirnfläche
- 8
- Rotorflügel
- 9
- -
- 10
- Befestigungsstruktur, Ventilgehäuse
- 10a
- Stirnfläche
- 11
- Stirnverschlusswand
- 12
- Verbindungsabschnitt
- 14
- Ventilfeder
- 15
- Stellglied
- 16
- Ringspalt
- 17
- Torsionsfeder
- 18
- aufgeweiteter Gehäuseabschnitt
- 19
- Eingriffsgegenelement
- 20
- Ventilkolben
- 21
- Kolbeneinlass
- 22
- Hohlraum
- 23
- Kolbenauslass
- 24
- Kompensations-Zuführung
- 25
- Kopplungsorgan
- 26
- Vertiefung
- 27
- Vertiefung
- 28
- Aufweitung, aufgeweiteter Kolbenabschnitt
- 29
- Fluidverbindung
- 30
- Filtereinrichtung
- 31
- Filterhüllstruktur, Mantel
- 32
- Filterhüllstruktur, Boden
- 33
- -
- 34
- Filtereinlass
- 35
- -
- 40
- Sperrorgan
- 41
- Sperrkörper
- 42
- Sperrfeder
- 50
- Dichtungshülse
- 50a
- Teilung
- 51
- Dichtsteg
- 52
- Dichtsteg
- 53
- Dichtsteg
- 54
- Dichtsteg
- 55
- Dichtsteg
- 56
- Verbindungssteg
- 57
- Verbindungssteg
- 58
- -
- 59
- Eingriffselement
- 60
- Kanal
- 70
- gerauter Umfang
- 71
- Klebeverbindung
- 72
- Abragung
- 73
- Vertiefung
- 74
- -
- 75
- Gegenhalter
- 80
- Verriegelungspin
- 81
- Druckraum
- 82
- Verriegelungsfeder
- 83
- Verriegelungspin
- 84
- Druckraum
- 85
- Verriegelungsfeder
- 86
- Abstützelement
- A
- Steueranschluss
- B
- Steueranschluss
- D
- Drehrichtung des Stators
- K1
- Frühstellkammer
- K2
- Spätstellkammer
- P
- Druckanschluss
- R
- Drehachse, zentrale Achse
- TA
- Tankanschluss
- TB
- Tankanschluss
Claims (15)
- Phasensteller zur Verstellung der Drehwinkelposition einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, der Phasensteller umfassend:(a) einen von der Kurbelwelle drehantreibbaren Stator (3),(b) einen vom Stator (3) um eine Drehachse (R) drehantreibbaren Rotor (7), der mit dem Stator (3) eine erste Stellkammer (K1) und eine zweite Stellkammer (K2) bildet, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um den Rotor (7) relativ zum Stator (3) um die Drehachse (R) verstellen zu können,(c) eine zur drehmomentfesten Verbindung des Rotors (7) mit der Nockenwelle (1) axial durch den Rotor (7) erstreckte Befestigungsstruktur (10; 100), die mit dem Rotor (7), und im verbundenen Zustand optional auch mit der Nockenwelle (1), einen Ringspalt (16) bildet,(d) einen ersten Dichtsteg (51), einen zweiten Dichtsteg (52) und einen dritten Dichtsteg (53), die sich jeweils um die Drehachse (R) erstrecken und elastisch nachgiebig sind,(e) einen axial zwischen dem ersten Dichtsteg (51) und dem zweiten Dichtsteg (52) in den Ringspalt (16) mündenden ersten Fluidanschluss (A, P, 7a), durch den das Druckfluid der ersten Stellkammer (K1) zuführbar ist,(f) einen axial zwischen dem zweiten Dichtsteg (52) und dem dritten Dichtsteg (53) in den Ringspalt (16) mündenden zweiten Fluidanschluss (B, TB, 7b), durch den das Druckfluid von der zweiten Stellkammer (K2) abführbar ist,(g) und eine an dem Rotor (7) oder der Befestigungsstruktur (10; 100) befestigte Dichtungshülse (50), die in einem Stück die Dichtstege (51, 52, 53) und axial zwischen den Dichtstegen (51, 52, 53) diese miteinander verbindende Verbindungsstege (56, 58) bildet, wobei im Bereich wenigstens eines der Verbindungsstege (56, 57) einer der Fluidanschlüsse (A, P, 7a, B, TB, 7b) gebildet ist.
- Phasensteller nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend ein dem Steuern des Druckfluids dienendes Steuerventil mit einem axial im Rotor (7) erstreckten, die Befestigungsstruktur (10) bildenden Ventilgehäuse (10) und einem im Ventilgehäuse (10) axial beweglichen Ventilkolben (20), wobei das Ventilgehäuse (10) einen Druckanschluss (P) für die Zuführung des Druckfluids in das Ventilgehäuse (10), einen mit der ersten Stellkammer (K1) verbundenen ersten Steueranschluss (A), einen mit der zweiten Stellkammer (K2) verbundenen zweiten Steueranschluss (B) und einen Tankanschluss (TA, TB) für die Abführung des Druckfluids aus dem Ventilgehäuse (10) aufweist und einer der Anschlüsse des Ventilgehäuses (10), vorzugsweise der erste Steueranschluss (A), den ersten Fluidanschluss (A, P, 7a) bildet oder im Ringspalt (16) mit diesem verbunden ist und ein anderer der Anschlüsse des Ventilgehäuses (10), vorzugsweise der zweite Steueranschluss (B), den zweiten Fluidanschluss (B, TB, 7b) bildet oder im Ringspalt (16) mit diesem verbunden ist.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungshülse (50) ein Eingriffselement (59) und die Befestigungsstruktur (10) oder der Rotor (7) ein Eingriffsgegenelement (19) aufweist und das Eingriffselement (59) mit dem Eingriffsgegenelement (19) in einem form- oder reibschlüssigen, vorzugsweise form- und reibschlüssigen Eingriff ist, der die Dichtungshülse (50) an der Befestigungsstruktur (10) oder dem Rotor (7) axial oder in Umfangsrichtung fixiert, wobei eines aus Eingriffselement (59) und Eingriffsgegenelement (19) eine Vertiefung und das andere eine in die Vertiefung ragende Abragung ist.
- Phasensteller nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidanschluss (A, P, 7a) oder der zweite Fluidanschluss (B, TB, 7b) das Eingriffsgegenelement (19) bildet und das Eingriffselement (59) vom Druckfluid durchströmbar ist.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Dichtstege (51, 52, 53) in eine um die Drehachse (R) umlaufende Vertiefung (73) der Befestigungsstruktur (10) oder des Rotors (7) ragt oder wenigstens einer der Dichtstege (51, 52, 53) eine um die Drehachse (R) umlaufende Vertiefung aufweist, in die eine um die Drehachse (R) umlaufende Abragung der Befestigungsstruktur (10) oder des Rotors (7) ragt.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstege (51, 52, 53), vorzugsweise auch die Verbindungsstege (56, 57), durch Umspritzen eines äußeren Umfangs (70) der Befestigungsstruktur (10) oder eines inneren Umfangs des Rotors (7) aus Kunststoff erhaltene Spritzgussstege sind.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungshülse (50) mit radialer Pressung auf dem äußeren Umfang (71) der Befestigungsstruktur (10) oder dem inneren Umfang des Rotors (7) befestigt ist.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsstruktur (10; 100) in einem aus dem Ringspalt (16) ragenden Abschnitt eine um die Drehachse (R) umlaufende Schulter aufweist, die zur drehmomentfesten Verbindung von Rotor (7) und Nockenwelle (1) axial in Richtung auf den Rotor (7) spannbar ist, und einer der Dichtstege (51, 52, 53) oder ein weiterer Dichtsteg der Dichtungshülse (50) radial in einen um die Drehachse (R) umlaufenden Spalt zwischen dem Rotor (7) und der Schulter der Befestigungsstruktur (10; 100) ragt, so dass die Schulter im verbundenen Zustand von Rotor (7) und Nockenwelle (1) über den Dichtsteg (51) axial gegen den Rotor (7) drückt und der Dichtsteg (51) den Ringspalt (16) abdichtet.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens einer der Dichtstege (51, 52, 53) in Richtung auf eine äußere Umfangsfläche der Befestigungsstruktur (10; 100) oder eine innere Umfangsfläche des Rotors (7) verjüngt, vorzugsweise konisch.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Dichtstege (51, 52, 53) in einem Spritzgussverfahren gemeinsam geformte Spritzgussstege aus einem Elastomerwerkstoff sind, wobei die Dichtungshülse (50) optional eine Trägerhülse (300) aus einem Metall oder Kunststoff umfasst, die mit einem oder mehreren der Dichtstege, vorzugsweise mit jedem der Dichtstege, umspritzt ist.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungshülse (50) zur Reinigung des Druckfluids eine Filtereinrichtung (300) als integrierten Bestandteil umfasst.
- Phasensteller nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (300) wenigstens einen der Verbindungsstege bildet oder das elastisch nachgiebige Material der Dichtungshülse (50) eine Trägerstruktur für die unlösbar fest mit der Trägerstruktur verbundene Filtereinrichtung (300) bildet.
- Phasensteller nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstege (51, 52, 53), vorzugsweise auch die Verbindungsstege (56, 57), aus Kunststoff im Spritzguss geformte Spritzgussstege und die Filtereinrichtung (300) durch Umspritzen mit dem Kunststoff mit wenigstens einem der Spritzgussstege fest verbunden ist.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungshülse (50) wenigstens einen axial erstreckten, an einer Umfangsfläche der Dichtungshülse (50) vorzugsweise offenen Kanal (60) für die Führung des Druckfluids aufweist.
- Phasensteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (7) in radialer Richtung eine größere Wärmedehnung als die Befestigungsstruktur (10; 100) aufweist, so dass sich die radiale Weite des Ringspalts (16) bei einer Erhöhung der Temperatur vergrößert, und dass die Dichtungshülse (50) eine hierdurch bedingte Variation der radialen Weite des Ringspalts (16) durch elastische Verformung zumindest teilweise kompensiert.
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