WO2019029770A1 - Hydraulischer nockenwellenversteller mit einer mechanischen und einer hyd-raulischen ratsche - Google Patents

Hydraulischer nockenwellenversteller mit einer mechanischen und einer hyd-raulischen ratsche Download PDF

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Jochen Thielen
Michael Keck
Enno Schmitt
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F01L2001/34479—Sealing of phaser devices

Definitions

  • Hydraulic camshaft adjuster with a mechanical and a hydraulic ratchet
  • the invention relates to a hydraulic camshaft adjuster and a method for producing a hydraulic camshaft adjuster according to the preamble of the independent claims.
  • Hydraulic camshaft adjusters are used in internal combustion engines to adjust a load state of the internal combustion engine and thus to increase the efficiency of the internal combustion engine. Hydraulic camshaft adjusters are known from the prior art, which operate on the vane principle. These camshaft adjusters generally have, in their basic construction, a stator which can be driven by a crankshaft of an internal combustion engine and a rotor connected in a rotationally fixed manner to the camshaft of the internal combustion engine.
  • annular space is provided, which is divided by non-rotatably connected to the stator, radially inwardly projecting projections in a plurality of working chambers, which are each divided by a radially projecting from the rotor outwardly wings in two pressure chambers.
  • the position of the rotor relative to the stator and thus also the position of the camshaft with respect to the crankshaft in the direction of "early" or “late” can be adjusted.
  • hydraulic camshaft adjuster with a central locking, in which the rotor can be locked next to the respective end positions in a middle position, in particular to facilitate an engine start.
  • DE 10 2007 004 196 A1 shows a device for adjusting the camshaft of an internal combustion engine, which has a rotatably connected to a camshaft inner rotor which is rotatably adjustable relative to an outer rotor in driving connection with the outer rotor, wherein in the outer rotor at least one through side walls limited hydraulic chamber is introduced, which is divided by a radially outwardly extending from the inner member into two sub-chambers and wherein for locking the relative movement between the inner rotor and outer rotor two inner rotor axially passing through locking pins are present, which can engage in two recesses which in one of the side walls formed as a locking cover are inserted, wherein the locking Lungsdeckel consists of two parts, each of the parts each having a recess for engaging a respective locking pin.
  • DE 10 2013 223 301 A1 shows a camshaft adjusting device with a stator which can be connected to a crankshaft of an internal combustion engine, and a rotor which is rotatably mounted with respect to the stator and can be connected to a camshaft, and a locking device for locking the rotor relative to the stator with a stator or rotor-fixed powder-metallurgically produced locking link and at least one locking pin lockable in the locking link, wherein the locking link in at least a portion of a surface edge zone has a relation to the density of the base material of the locking link increased density.
  • DE 10 2013 224 862 A1 shows a camshaft adjusting device with a connectable to a crankshaft of an internal combustion engine stator, and a rotatably mounted relative to the stator, connectable to a camshaft rotor, and a locking device for locking the rotor relative to the stator with a statorfesten locking link and at least a locked in the locking slot rotor-fixed locking pin, wherein the locking link is arranged in a statorfesten, laterally adjacent to the rotor, at least two-part lid, and the two parts of the lid at different angles of rotation are fastened to each other, wherein the locking link by at least one in a first part the cover provided recess is formed, and on a second part of the lid, a projection engaging in the recess is provided.
  • DE 10 2016 218 793 A1 shows a camshaft adjuster with a drive element and a rotatable within an angular range and connectable to a camshaft output element, wherein between the drive element and the output element druckbeaufschlagbare working chambers are formed for rotating the drive element to the output element, the camshaft adjuster a volume memory for collecting hydraulic means, wherein the Volume accumulator which supplies hydraulic fluid via a check valve to a vacuum-loaded working chamber by the negative pressure in the working chamber opens the check valve, wherein the check valve is arranged in an axial position between the working chamber and the volume accumulator, the volume accumulator of a rotationally fixed to the drive element connected cover element is formed.
  • a hydraulic camshaft adjuster with a pressure medium reservoir and a so-called “smart phasing function" is known from the prior art, in which the working chambers in the event of a shortage of pressure medium through the pressure medium pump from a reservoir can suck additional pressure medium to a suction of Air and a related malfunction of the hydraulic camshaft adjuster to avoid.
  • the disadvantage here is that the function of a hydraulic ratchet is heavily dependent on the pressure medium supply and the viscosity of the pressure medium. In cold temperatures, the function may be limited or fail due to the high flow resistance. This is not important in a regular engine stop, since the pressure medium is warmed up by the engine operation and has a low viscosity. If the motor is e.g. shut off by stalling, the hydraulic camshaft adjuster must lock the engine as a fail-safe function at engine start. If the engine starts after prolonged cooling at low ambient temperature, the hydraulic ratchet can fail and the locking in the center locking position does not take place.
  • the object of the invention is to develop a hydraulic camshaft adjuster with smart phasing function such that, regardless of the external conditions, a reliable locking of the rotor in the center locking position and the known from the prior art disadvantages are overcome.
  • the object is achieved by a hydraulic camshaft adjuster for adjusting the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a stator which is rotatable synchronously with a crankshaft of the internal combustion engine, and a rotatably arranged to the stator rotor, which is rotatable synchronously with a camshaft.
  • the hydraulic camshaft adjuster further has two groups of working chambers, each of which can be acted upon by a pressure medium which flows in or out of a pressure medium circuit, with a different direction of action. Furthermore, a central locking device for locking the rotor in a defined position relative to the stator is provided on the hydraulic camshaft adjuster.
  • the stator is delimited at a first end face by a multi-part locking cover, wherein the multi-part locking cover has a first locking cover and a second locking cover.
  • a first stage of a mechanical ratchet is formed on the first locking cover and at least one further stage of the mechanical ratchet on the second locking cover. This can be a mechanical
  • Ratchet mechanism can be formed, which supports a rotation of the rotor in the center locked position and thus makes the center locking function substantially independent of the viscosity of the pressure medium.
  • a check valve plate is arranged between the first locking cover and the second locking cover.
  • the check valve plate is protected by the hardened first locking cover against the friction by the rotor and the locking pins and it is a more advantageous arrangement of the check valve outlets possible.
  • the check valves By the check valves, a corresponding pressure medium supply of the working chambers is possible, wherein the pressure medium can flow in the event of a shortage of a working chamber and a resulting negative pressure from a reservoir into the respective working chamber.
  • At least one insert part is provided on the second locking cover, which can be brought into operative connection with a locking pin of the center locking device. Since the shock loads on the locking mechanism are high, it is useful and expedient to reinforce the area of the locking link on the second locking cover. This can be done in a simple manner by an insert.
  • a stop for the locking pin is formed on the insert.
  • the forces of the locking pin are transmitted only indirectly to the second locking lid, so that the mechanical load on the second locking cover remains relatively low. This allows a simple and cost-effective production of the second locking lid, since easily machinable materials and / or favorable manufacturing methods can be used.
  • the step for operating the hydraulic ratchet is formed on the insert.
  • the locking pin can be rotated together with the rotor gradually from its initial position to the center locking position.
  • the forces are absorbed by the insert so that the load on the base material of the second locking cover remains low and the risk of operational fatigue or increased wear can be reduced.
  • the insert consists of a material which is harder and has a higher strength than the material of the second locking cover. Due to a hard and tough material for insertion Part of the wear of the center locking device can be lowered and the durability of the locking mechanism can be increased.
  • the insert is made of a sintered metal or produced by means of a fine blanking or extrusion process.
  • a high-strength sintered metal or a fine blanking or extrusion for the insert the strength of the second locking cover can be increased as a two-component component, the mechanically highly loaded region of the locking link can be performed correspondingly harder and impact resistant.
  • a material for a fine blanking part for example, a steel such as a C45 steel is provided.
  • extruded part for example, a component made of a 16MnCr5 steel is provided, which is then cured.
  • the locking lid is preferably made of a sintered metal such as Slnt-D1 1.
  • the locking lid as a fine cutting part of a steel such as C45, 16MnCr5 or
  • the insertion part is pressed into a backdrop bottom of the center locking device on the second locking cover.
  • a hard, impact-resistant insert can be pressed into the backdrop bottom of the center locking device on the second locking lid, so that the insert can also be designed as a stamped, milled or turned part.
  • the insert is secured by the check valve plate against tilting or falling out of the second locking lid.
  • the insert on the second locking cover by a paragraph on the check valve plate or by bending the Check valve sheet are fixed so that the check valve plate serves as a backup for the insert on the second locking lid.
  • a deformed non-return valve sheet could also fix a simple, non-stepped insert part, which is preferably designed as a stamped part, in its position.
  • a plurality of stacked inserts can be provided instead of a single insert part, wherein a step can be formed by the different geometry of the inserts. This allows the inserts are particularly simple and inexpensive to run as stampings.
  • a method for producing a hydraulic camshaft adjuster may comprise the following steps, wherein the stator is delimited at a first end face by a multi-part locking cover, wherein formed on the first locking cover a first stage of a mechanical ratchet and on the second locking cover at least one further stage of a mechanical ratchet and wherein the hydraulic phaser further comprises a hydraulic ratchet mechanism with which the rotor is rotated to a center locked position.
  • a rotor for a hydraulic camshaft adjuster with a central locking in which both a hydraulic ratchet and a mechanical ratchet are present, so that the rotor can be rotated substantially independent of the viscosity of the pressure medium in the center locked position and the Locking in the center locking position is facilitated.
  • the mechanical ratchet and the hydraulic ratchet can simultaneously contribute to the adjustment of the rotor in the center locking position.
  • the hydraulic ratchet acts when the drain of the working chamber sliding toward the center locking position is closed.
  • the locking pin closes this drain in the locked position. In the intermediate catch position of the mechanical ratchet this is still kept closed. Because of the required locking depth through the first locking cover, it is advantageous if the insert is stepped.
  • FIG. 4 is a first diagram to illustrate the interaction between see mechanical and hydraulic ratchet function in a hydraulic camshaft adjuster according to the invention, in which one of the locking pins is locked;
  • FIG. 6 shows a second diagram to illustrate the interaction between mechanical and hydraulic ratchet function in a hydraulic camshaft adjuster according to the invention, in which the outflow of the working towards the middle locked position working chamber is closed; and 6 shows a third diagram to clarify the interaction between mechanical and hydraulic ratchet function in a hydraulic camshaft adjuster according to the invention, in which the outflow of the working chamber which slides toward the center locking position is opened.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a hydraulic camshaft adjuster 1 according to the invention for adjusting the valve timing of an internal combustion engine.
  • the hydraulic camshaft adjuster 1 shown diagrammatically in FIG. 1 is designed as a vane-cell adjuster in a known manner and comprises a stator 2 which can be driven by a crankshaft, not shown, of an internal combustion engine and a rotor 3 which can be connected non-rotatably to a camshaft, likewise not shown.
  • the rotor 3 has a rotor Rotor hub 4, from which a plurality of wings 6 extend in the radial direction.
  • the stator 2 has a plurality of webs 5, which an annular space between the stator 2 and the rotor 3 in a plurality
  • the pressure chambers 7 are divided by the wings 6 of the rotor 3 in two working chambers 8, 9 with different effective direction.
  • 9 are provided between the rotor 3 and the stator 2 Abstütz- chambers for the hydraulic support of the rotor 3 in a rotation in a center locking position.
  • the stator 2 is bounded on a first end face 14 by a multipart locking cover 11, 12 and on a second end face 15 opposite the first end face 14 by a sealing cover 13.
  • an additional Reservoirde- disgust be placed, which has a reservoir for pumping independent pressure medium supply of the working chambers 8, 9.
  • the multi-part locking cover 1 1, 12 has a first locking cover 1 1, which is rotatably connected to the stator 2.
  • the multi-part locking cover 1 1, 12 further comprises a second locking cover 12 which is rotatably connected to the first locking cover 1 1 and / or with the stator 2.
  • an insert 21 is inserted, which may be formed in one or more parts.
  • the insert as shown in Fig. 1, designed as a stepped insert 21 and has a step 22, on which a locking pin 17th a center locking device 10 of the hydraulic camshaft adjuster 1 can come to rest.
  • the locking pin 17 is biased by the force of a spring 18, and can be hydraulically inserted by appropriate pressure build-up by the pressure medium in the rotor 3.
  • a check valve plate 16 is arranged, which has check valves 27 for the hydraulic supply of the working chambers 8, 9 with the pressure medium. Further, a drive toothing is formed on the stator 2 of the hydraulic camshaft adjuster 1, via which the stator 2 can be connected to the crankshaft of the internal combustion engine with a chain or a toothed belt.
  • Fig. 2 the two-part locking cover 1 1, 12 of the center locking device 10 is shown enlarged.
  • the hydraulic camshaft adjuster 1 is to be seen locked in the center position.
  • a stop 20 for the locking pin 17 of the center locking device 10 is provided on the first locking cover 1 1, which limits a rotation of the rotor 3 in the corresponding direction.
  • an insert 21 is inserted with a step 22 which is held in the axial direction by the check valve plate 16 in position.
  • an axial securing 28 is formed on the check valve plate 16, which overlaps with the insert part 21 at least in sections.
  • a further stop 26 is formed on the insert part 21 for the locking pin 17, so that a mechanical ratchet 23 results, via which the rotor 3 can be turned stepwise into the center locking position.
  • the locking pin 17 is urged by the spring 18 into the locking slot of the center locking device 10 on the second locking cover 12, the locking pin 17 locking a channel 29 shown in Fig. 4 for controlling the hydraulic ratchet mechanism when the locking pin 17 locks in the locking slot is.
  • a recess 30 is provided with which the channel 29 can be opened to control the hydraulic ratchet mechanism when the locking pin 17 by the hydraulic see pressure of the pressure medium in the rotor 3 is inserted.
  • the hydraulic ratchet mechanism is deactivated and the pressure medium can flow out of the corresponding working chambers 8, 9.
  • a stepped insert 21 is shown in an enlarged view.
  • the insert 21 has a base body with a raised portion 24, with which the insert 21 is supported on the check valve plate 16 and a step 22.
  • a support 25 is provided on the base part, with which the insert part 21 can be supported on the locking cover 12.
  • a stop 26 for the locking pin 17 can be seen on the insert part 21, which positively prevents a rotational movement of the rotor 3.
  • FIG. 4 shows a section of a hydraulic camshaft adjuster 1 in a cut, three-dimensional representation.
  • the rotor 3 in the center locking device 10 is already locked on one side and the channel 29 to the working chamber 8, 9 is locked by the locking pin 17.
  • the rotor 3 is with its wing 6 in the mechanical stop on a web 5 of the stator second
  • a further section of a hydraulic camshaft adjuster 1 is shown, wherein the locking pin 17 bears against a step of the mechanical ratchet 23, but is not yet in the center locking position.
  • the channel 29 for hydraulic control of the working chambers 8, 9 is further blocked by the locking pin 17, so that no pressure fluid from the corresponding working chamber 8, 9 can flow.
  • the mechanical ratchet 23 and the hydraulic ratchet mechanism are simultaneously active.
  • Fig. 6 is a third illustration of a section of the hydraulic camshaft adjuster 1 is shown.
  • the locking pin 17 is inserted into the rotor 3, so that the recess 30 on the locking pin 17, the channel 29 releases to the working chambers 8, 9, so that the pressure fluid from the working chambers 8, 9 can drain and deactivated the hydraulic ratchet mechanism is.
  • the rotor 3 is unlocked and freely rotatable, so that the operational adjustment function of the hydraulic camshaft adjuster 1 is given.
  • the function of the hydraulic ratchet mechanism depends on the oil supply and the temperature-dependent viscosity of the pressure medium. At cold temperatures, the function of the hydraulic ratchet mechanism can fail due to the then high flow resistance. This plays a role, in particular, when an internal combustion engine, shortly after a cold start, is unplanned, e.g. by stalling, is turned off and the hydraulic camshaft adjuster 1 remains unlocked. If the engine starts with cold and thus viscous pressure medium, the hydraulic ratchet mechanism can fail. To cover a fail-safe function of the hydraulic camshaft adjuster 1, an additional mechanical ratchet 23 is used. This includes a step in which the locking pin 17 can engage between the end stop positions and the center locking position.
  • the mechanical ratchet 23 and the hydraulic ratchet can and should simultaneously contribute to the adjustment of the rotor 3 in the center locking position.
  • the hydraulic ratchet mechanism acts when the outflow 29 of the working chamber 8, 9 which slides toward the middle position is closed.
  • the locking pin 17 closes this drain 29 in the locked position. In the intermediate latching position of the mechanical ratchet 23 this is still kept closed. Because of the required locking depth through the first locking cover 1 1 through the insert 21 must be performed stepped or otherwise a step 22 may be provided.
  • the insert 21 in the second locking cover 12 is no longer secured axially against tilting by impact loads by the extended locking link and the recess for the connection of the pressure medium supply for hydraulic unlocking of the center locking device 10 in the first locking lid.
  • the mechanical ratchet 23 is formed only from the center in the adjustment "late” and not in the adjustment "early", since no coil spring is used to compensate for the camshaft friction.
  • the corresponding camshaft friction torque can act as a support, so that no additional mechanical ratchet 23 is required in this direction
  • another stepped insert 21 is preferably provided and inserted into the second lock cover 12.
  • the stepped insert When the additional mechanical ratchet is applied to the same lock pin 17 as the mechanical ratchet 23 shown in the embodiment, the stepped insert must produce reverse logic for the hydraulic ratchet mechanism such that in the intermediate latching position the hydraulic connection 29 is kept open to the working chambers 8, 9. Furthermore, a mechanical ratchet 23 with several stages and one connected thereto n finer gradation conceivable, preferably using a multi-stepped insert 21 is used.
  • a hydraulic phaser 1 it is possible to improve the rotation of the rotor 3 in the center locking position even at low temperature and high viscosity of the pressure medium and thus to ensure a reliable locking in the center locking position regardless of the external conditions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors, mit einem Stator (2), welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar ist, einem verdrehbar zum Stator (2) angeordneten Rotor (3), welcher synchron mit einer Nockenwelle drehbar ist, zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel (21) beaufschlagbaren Arbeitskammern (9, 10) mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung, sowie mit einer Mittenverriegelungseinrichtung (10) zur Verriegelung des Rotors (3) in einer definierten Position zum Stator (2). Dabei ist der Stator (2) an einer ersten Stirnseite (14) durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel (11, 12) begrenzt, wobei der mehrteilige Verriegelungsdeckel (11, 12) einen ersten Verriegelungsdeckel (11) und einen zweiten Verriegelungsdeckel (12) aufweist, und wobei an dem ersten Verriegelungsdeckel (11) eine erste Stufe einer mechanischen Ratsche (23) und an dem zweiten Verriegelungsdeckel (12) mindestens eine weitere Stufe (22) der mechanischen Ratsche (23) ausgebildet ist.

Description

Hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer mechanischen und einer hydraulischen Ratsche
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller sowie ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Hydraulische Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um einen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, welche nach dem Flügelzellenprinzip arbeiten. Diese Nockenwellenversteller weisen im Allgemeinen in ihrem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Rotor auf. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Arbeitskammern unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Druckkammern unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Druckkammern mit einem hydraulischen Druckmittel kann die Lage des Rotors gegenüber dem Stator und damit auch die Lage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung„früh" oder„spät" verstellt werden. Es sind hydraulische Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung bekannt, bei denen der Rotor neben den jeweiligen Endpositionen auch in einer mittleren Position verriegelt werden kann, um insbesondere einen Motorstart zu erleichtern. In Ausnahmefällen, beispielsweise bei einem Abwürgen des Verbrennungsmotors ist es aber möglich, dass die Verriegelungseinrichtung den Rotor nicht bestimmungsgemäß verriegelt, und der Nockenwellenversteller in der sich anschließenden Startphase mit unverriegeltem Rotor betrieben werden muss. Da manche Verbrennungsmotoren jedoch ein sehr schlechtes Startverhalten haben, wenn der Rotor nicht in der Mittenposition verriegelt ist, muss der Rotor dann in der Startphase selbstständig in die Mittenverrieglungsposition verdreht und anschließend verriegelt werden. Aus der DE10 2012 21 1 870 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelungseinrichtung bekannt. Dabei weist die Mittenverriegelungseinrichtung eine erste und eine zweite Verriegelungskulisse auf, wobei die erste Verriegelungskulisse an einem ersten Deckel und die zweite Verriegelungskulisse an einem dem ersten Deckel gegenüberliegenden zweiten Deckel ausgebildet sind und die Verriegelungsstifte an gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotors austreten.
Aus der DE 10 2014 212 617 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelungsfunktion bekannt, wobei der Rotor nach dem Prinzip einer hydrau- lischen Ratsche aus einer beliebigen Position in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden kann, wobei eine Drehbewegung entgegen dieser Drehung gesperrt ist. Die hydraulische Ratsche verwendet dazu Wechselmomente des Nockenwellenantriebs, um den Rotor je nach Ausgangsposition von einer Verstellposition„früh" oder einer Verstellposition„spät" in die Mittenposition zu ziehen. Dazu muss jeweils eine Gruppe von Arbeitskammern geschlossen werden, um ein Drehen entgegen der beabsichtigten Drehrichtung zu unterbinden und die entsprechenden Momente der Nockenwelle abzustützen. Dabei können die Verriegelungsstifte sowohl auf unterschiedlichen Stirnseiten des Rotors angeordnet sein als auch auf der gleichen Seite. Aus der DE 10 2007 004 196 ist ein Verriegelungsdeckel mit zwei einseitig montierten, gesta- pelten Verriegelungsdeckeln bekannt.
Die DE 10 2007 004 196 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen mit einer Nockenwelle drehfest verbundenen Innenrotor aufweist, der relativ zu einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehen- den Außenrotor drehbar verstellbar ist, wobei in den Außenrotor mindestens eine durch Seitenwände begrenzte Hydraulikkammer eingebracht ist, wobei diese durch ein sich vom Innenrotor radial nach außen erstreckendes Element in zwei Teilkammern unterteilt wird und wobei zur Verriegelung der Relativbewegung zwischen Innenrotor und Außenrotor zwei den Innenrotor axial durchsetzende Verriegelungsstifte vorhanden sind, die in zwei Ausnehmungen eingreifen können, die in eine der als Verriegelungsdeckel ausgebildeten Seitenwände eingebracht sind, wobei der Verriege- lungsdeckel aus zwei Teilen besteht, wobei jedes der Teile je eine Ausnehmung zum Eingriff je eines Verriegelungsstiftes aufweist.
Die DE 10 2013 223 301 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator, und einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, und einer Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator mit einer stator- oder rotorfesten pulvermetallurgisch hergestellten Verriegelungskulisse und wenigstens einem in der Verriegelungskulisse verriegelbaren Verriegelungsstift, wobei die Verriegelungskulisse in wenigstens einem Abschnitt einer Oberflächenrand- zone eine gegenüber der Dichte des Grundwerkstoffs der Verriegelungskulisse erhöhte Dichte aufweist.
Die DE 10 2013 224 862 A1 zeigt eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator, und einem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten, mit einer Nockenwelle verbindbaren Rotor, und einer Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator mit einer statorfesten Verriegelungskulisse und wenigstens einem in der Verriegelungskulisse verriegelbaren rotorfesten Verriegelungsstift, wobei die Verriegelungskulisse in einem statorfesten, an dem Rotor seitlich anliegenden, wenigstens zweiteiligen Deckel angeordnet ist, und die beiden Teile des Deckels in unterschiedlichen Drehwinkeln zueinander befestigbar sind, wobei die Verriegelungskulisse durch wenigstens eine in einem ersten Teil des Deckels vorgesehene Ausnehmung gebildet ist, und an einem zweiten Teil des Deckels ein in die Ausnehmung eingreifender Vorsprung vorgesehen ist.
Die DE 10 2016 218 793 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement und einem dazu innerhalb eines Winkelbereichs verdrehbaren und mit einer Nockenwelle verbindbaren Abtriebselement, wobei zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement druckbeaufschlagbare Arbeitskammern zur Verdrehung des Antriebselements zum Abtriebselement ausgebildet sind, wobei der Nockenwellenversteller einen Volumenspeicher zum Sammeln von Hydraulikmittel aufweist, wobei der Volumenspeicher das Hydraulikmittel über ein Rückschlagventil einer unterdruckbe- aufschlagten Arbeitskammer zuführt, indem der Unterdruck in der Arbeitskammer das Rückschlagventil öffnet, wobei das Rückschlagventil in einer axialen Position zwischen der Arbeitskammer und dem Volumenspeicher angeordnet ist, wobei der Volu- menspeicher von einem mit dem Antriebselement drehfest verbundenem Deckelelement ausgebildet ist.
Ferner ist aus dem Stand der Technik ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Druckmittelreservoir und einer sogenannten„Smart-Phasing-Funktion" bekannt, bei welchem die Arbeitskammern im Falle einer Unterversorgung mit Druckmittel durch die Druckmittelpumpe aus einem Reservoir zusätzliches Druckmittel ansaugen können, um ein Ansaugen von Luft und eine damit verbundene Funktionsstörung des hydraulischen Nockenwellenverstellers zu vermeiden.
Nachteilig ist dabei, dass die Funktion einer hydraulischen Ratsche stark von der Druckmittelversorgung und der Viskosität des Druckmittels abhängig ist. Bei kalten Temperaturen kann die Funktion aufgrund der dann hohen Strömungswiderstände eingeschränkt sein oder ausfallen. Dies spielt bei einem regulären Motorstopp keine Rolle, da das Druckmittel durch den Motorbetrieb aufgewärmt ist und eine niedrige Viskosität aufweist. Wird der Motor z.B. durch Abwürgen unverriegelt abgestellt, muss der hydraulische Nockenwellenversteller den Verbrennungsmotor als Fail-Safe- Funktion beim Motorstart verriegeln. Erfolgt der Motorstart nach längerer Abkühlung bei niedriger Umgebungstemperatur, kann die hydraulische Ratsche ausfallen und die Verriegelung in der Mittenverriegelungsposition findet nicht statt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit Smart- Phasing-Funktion derart weiterzubilden, dass unabhängig von den äußeren Bedingungen eine betriebssichere Verriegelung des Rotors in der Mittenverriegelungsposition erfolgt und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem Stator, welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar ist, und einem verdrehbar zum Stator angeordneten Rotor, welcher synchron mit einer Nockenwelle drehbar ist, gelöst. Der hydraulische Nockenwellenversteller weist ferner zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitskammern mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung auf. Ferner ist an dem hydraulischen Nockenwellenversteller eine Mittenverriegelungseinrichtung zur Verriegelung des Rotors in einer definier- ten Position relativ zu dem Stator vorgesehen. Der Stator ist an einer ersten Stirnseite durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel begrenzt, wobei der mehrteilige Verriegelungsdeckel einen ersten Verriegelungsdeckel und einen zweiten Verriegelungsdeckel aufweist. Dabei ist an dem ersten Verriegelungsdeckel eine erste Stufe einer mechanischen Ratsche und an dem zweiten Verriegelungsdeckel mindestens eine weite- re Stufe der mechanischen Ratsche ausgebildet. Dadurch kann ein mechanischer
Ratschenmechanismus ausgebildet werden, welcher ein Drehen des Rotors in die Mit- tenverrieglungsposition unterstützt und somit die Mittenverriegelungsfunktion im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität des Druckmittels macht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Verriegelungsdeckel und dem zweiten Verriegelungsdeckel ein Rückschlagventilblech angeordnet ist.
Dadurch ist das Rückschlagventilblech von dem gehärteten ersten Verriegelungsdeckel gegen die Reibung durch den Rotor und die Verriegelungsstifte geschützt und es ist eine vorteilhaftere Anordnung der Rückschlagventilauslässe möglich. Durch die Rückschlagventile ist eine entsprechende Druckmittelversorgung der Arbeitskammern möglich, wobei das Druckmittel im Falle einer Unterversorgung einer Arbeitskammer und einem daraus resultierenden Unterdruck aus einem Reservoir in die jeweilige Arbeitskammer nachströmen kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem zweiten Verriegelungsdeckel zumindest ein Einlegeteil vorgesehen ist, welches mit einem Verriegelungsstift der Mittenverriegelungseinrichtung in Wirkverbindung gebracht werden kann. Da die Stoßbelastungen auf den Verriegelungsmechanismus hoch sind, ist es sinnvoll und zielführend, den Bereich der Verriegelungskulisse an dem zweiten Verriegelungsdeckel zu verstärken. Dies kann auf einfache Art und Weise durch ein Einlegeteil erfolgen.
Bevorzugt ist dabei, wenn an dem Einlegeteil ein Anschlag für den Verriegelungsstift ausgebildet ist. Durch einen Anschlag an dem Einlegeteil werden die Kräfte des Verriegelungsstiftes nur mittelbar auf den zweiten Verriegelungsdeckel übertragen, sodass die mechanische Belastung für den zweiten Verriegelungsdeckel verhältnismäßig gering bleibt. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung des zweiten Verriegelungsdeckels, da hier einfach zu bearbeitende Werkstoffe und/oder günstige Fertigungsverfahren eingesetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stufe zur Bedienung der hydraulischen Ratsche an dem Einlegeteil ausgebildet ist. Dadurch kann der Verriegelungsstift zusammen mit dem Rotor schrittweise von seiner Ausgangslage in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden. Zusätzlich werden beim Einrasten des Verriegelungsstiftes an der Position der axial verlaufenden Anschlagfläche der Stufe die Kräfte durch das Einlegeteil aufgenommen, sodass die Belastung für das Grundmaterial des zweiten Verriegelungsdeckels gering bleibt und die Gefahr ei- ner betriebsbedingten Materialermüdung oder eines erhöhten Verschleißes gesenkt werden kann.
In einer vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlegeteil aus einen gegenüber dem Werkstoff des zweiten Verriegelungsdeckels härteren und höherfesten Werkstoff besteht. Durch einen harten und zähen Werkstoff für das Einle- geteil können der Verschleiß der Mittenverriegelungseinrichtung gesenkt und die Dauerhaltbarkeit des Verriegelungsmechanismus erhöht werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Einlegeteil aus einem Sintermetall besteht oder mittels eines Feinschneid- oder Fließpress-Verfahrens hergestellt ist. Durch ein hochfestes Sintermetall oder ein Feinschneid- oder Fließpress für das Einlegeteil lässt sich die Festigkeit des zweiten Verriegelungsdeckels als Zwei-Komponenten-Bauteil steigern, wobei der mechanisch hochbelastete Bereich der Verriegelungskulisse entsprechend härter und schlagfester ausgeführt werden kann. Als Werkstoff für ein Feinschneidteil ist beispielsweise ein Stahl wie beispielsweise ein C45 Stahl vorgesehen. Als Fließpressteil ist beispielsweise ein Bauteil aus einem 16MnCr5 Stahl vorgesehen, welches anschließend gehärtet wird. Der Verriegelungsdeckel ist vorzugsweise aus einem Sintermetall wie beispielsweise Slnt-D1 1. Alternativ kann der Verriegelungsdeckel auch als Feinschneidteil aus einem Stahl wie C45, 16MnCr5 oder
S460MC hergestellt, wobei der Verriegelungsdeckel noch zusätzlich gehärtet werden kann, sodass auf ein Einlegeteil verzichtet werden kann und somit der Montageaufwand und die Anzahl der Bauteile reduziert werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlege- teil in einen Kulissengrund der Mittenverriegelungseinrichtung am zweiten Verriegelungsdeckel eingepresst ist. Dabei lässt sich ein hartes, schlagfestes Einlegeteil in den Kulissengrund der Mittenverriegelungseinrichtung an dem zweiten Verriegelungsdeckel einpressen, sodass das Einlegeteil auch als ein Stanz-, Fräs- oder Drehteil ausgeführt werden kann. Durch das Einpressen wird eine kraftschlüssige und betriebssi- chere Verbindung zwischen dem Einlegeteil und dem zweiten Verriegelungsdeckel erreicht. I
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Einlegeteil durch das Rückschlagventilblech gegen ein Verkippen oder Herausfallen aus dem zweiten Verriegelungsdeckel gesichert ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Einlegeteil am zweiten Verriegelungsdeckel durch einen Absatz am Rückschlagventilblech oder durch ein Umbiegen des Rückschlagventilblechs fixiert werden, sodass das Rückschlagventilblech als Sicherung für das Einlegeteil an dem zweiten Verriegelungsdeckel dient.
Alternativ zu einem gestuften Einlegeteil könnte auch ein umgeformtes Rückschlag- ventilblech ein einfaches, nicht gestuftes Einlegeteil, welches vorzugsweise als Stanzteil ausgeführt ist, in seiner Position fixieren.
Ferner können anstelle eines einzelnen Einlegeteils mehrere aufeinandergestapelte Einlegeteile vorgesehen sein, wobei eine Stufe durch die unterschiedliche Geometrie der Einlegeteile ausgebildet werden kann. Dadurch können die Einlegeteile besonders einfach und kostengünstig als Stanzteile ausgeführt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers kann folgende Schritte aufweisen, wobei der Stator an einer ersten Stirnseite durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel begrenzt wird, wobei an dem ersten Verriegelungsdeckel eine erste Stufe einer mechanischen Ratsche und an dem zweiten Verriegelungsdeckel mindestens eine weitere Stufe einer mechanischen Ratsche ausgebildet wird, und wobei der hydraulische Nockenwellenversteller zusätzlich einen hydraulischen Ratschenmechanismus aufweist, mit welchem der Rotor in eine Mittenverriege- lungsposition gedreht wird. Dadurch kann ein Rotor für einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung hergestellt werden, bei dem sowohl eine hydraulische Ratsche als auch eine mechanische Ratsche vorhanden sind, so dass der Rotor im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität des Druckmittels in die Mit- tenverrieglungsposition gedreht werden kann und das Verriegeln in der Mittenverrieg- lungsposition erleichtert wird. Dabei können die mechanische Ratsche und die hydraulische Ratsche gleichzeitig zur Verstellung des Rotors in die Mittenverriegelungsposition beitragen. Die hydraulische Ratsche wirkt dann, wenn der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer verschlossen ist. Der Verriegelungsstift verschließt diesen Abfluss in eingeriegelter Position. In der Zwi- schenrastposition der mechanischen Ratsche wird dieser weiterhin verschlossen gehalten. Wegen der dazu benötigten Verriegelungstiefe durch den ersten Verriegelungsdeckel hindurch ist es vorteilhaft, wenn das Einlegeteil gestuft ausgeführt ist. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend an von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen No- ckenwellenverstellers in einer Schnittdarstellung;
den zweiteiligen Verriegelungsdeckel eines erfindungsgemäßen hyd raulischen Nockenwellenverstellers;
eine vergrößerte Darstellung eines Einlegeteils in den Verriegelungs deckel;
Fig. 4 ein erstes Schaubild zur Verdeutlichung des Zusammenspiels zwi- sehen mechanischer und hydraulischer Ratschenfunktion bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei dem einer der Verriegelungsstifte verriegelt ist;
ein zweites Schaubild zur Verdeutlichung des Zusammenspiels zwischen mechanischer und hydraulischer Ratschenfunktion bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei dem der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer verschlossen ist; und Fig. 6 ein drittes Schaubild zur Verdeutlichung des Zusammenspiels zwischen mechanischer und hydraulischer Ratschenfunktion bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei dem der Abfluss der auf die Mittenverriegelungsposition hin schiebenden Arbeitskammer geöffnet ist.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen No- ckenwellenverstellers 1 zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors dargestellt. Der in Fig. 1 schematisch dargestellte hydraulische Nockenwellenver- steller 1 ist in bekannter Weise als Flügelzellenversteller ausgebildet und umfasst einen von einer nicht dargestellten Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbaren Stator 2 und eine drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle verbindbaren Rotor 3. Der Rotor 3 weist eine Rotornabe 4 auf, aus der sich in radialer Richtung mehrere Flügel 6 erstrecken. Der Stator 2 weist eine Mehrzahl von Stegen 5 auf, welche einen Ringraum zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 in mehrere
Druckräume 7 unterteilen. Die Druckräume 7 werden durch die Flügel 6 des Rotors 3 jeweils in zwei Arbeitskammern 8, 9 mit unterschiedlicher Wirkrichtung unterteilt. Zusätzlich zu den im Normalbetrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 bekannten Arbeitskammern 8, 9 sind zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 Abstütz- kammern zur hydraulischen Abstützung des Rotors 3 bei einer Verdrehung in eine Mittenverriegelungsposition vorgesehen. Der Stator 2 ist an einer ersten Stirnseite 14 durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel 1 1 , 12 und an einer der ersten Stirnseite 14 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 15 durch einen Dichtdeckel 13 begrenzt. Auf den mehrteiligen Verriegelungsdeckel 1 1 , 12 kann ein zusätzlicher Reservoirde- ekel aufgesetzt sein, welcher ein Reservoir zur Pumpen unabhängigen Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 8, 9 aufweist. Der mehrteilige Verriegelungsdeckel 1 1 , 12 weist einen ersten Verriegelungsdeckel 1 1 auf, welcher mit dem Stator 2 drehfest verbunden ist. Der mehrteilige Verriegelungsdeckel 1 1 , 12 weist ferner einen zweiten Verriegelungsdeckel 12 auf, welcher mit dem ersten Verriegelungsdeckel 1 1 und/oder mit dem Stator 2 drehfest verbunden ist. In dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist ein Einlegeteil 21 eingesetzt, welches einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Bevorzugt ist das Einlegeteil, wie in Fig. 1 dargestellt, als gestuftes Einlegeteil 21 ausgeführt und weist eine Stufe 22 auf, auf welcher ein Verriegelungsstift 17 einer Mittenverriegelungseinrichtung 10 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 zum Aufliegen kommen kann. Der Verriegelungsstift 17 ist durch die Kraft einer Feder 18 vorgespannt, und kann hydraulisch durch entsprechenden Druckaufbau durch das Druckmittel in den Rotor 3 eingeschoben werden. Zwischen dem ersten Verriege- lungsdeckel 1 1 und dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist ein Rückschlagventilblech 16 angeordnet, welches Rückschlagventile 27 zur hydraulischen Versorgung der Arbeitskammern 8, 9 mit dem Druckmittel aufweist. Ferner ist an dem Stator 2 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 eine Antriebsverzahnung ausgebildet, über welche der Stator 2 mit einer Kette oder einem Zahnriemen mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden werden kann.
In Fig. 2 ist der zweiteilige Verriegelungsdeckel 1 1 , 12 der Mittenverriegelungseinrichtung 10 vergrößert dargestellt. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 ist dabei in der Mittenposition verriegelt zu sehen. An dem ersten Verriegelungsdeckel 19 ist eine Aussparung 19 für einen Anschluss eines Druckmittelzufuhrkanals vorgesehen, über welchen der Verriegelungsmechanismus der Mittenverriegelungseinrichtung 10 hydraulisch angesteuert werden kann. Ferner ist an dem ersten Verriegelungsdeckel 1 1 ein Anschlag 20 für den Verriegelungsstift 17 der Mittenverriegelungseinrichtung 10 vorgesehen, welche eine Verdrehung des Rotors 3 in die entsprechende Richtung be- grenzt. In den zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist ein Einlegeteil 21 mit einer Stufe 22 eingelegt, welches in axialer Richtung durch das Rückschlagventilblech 16 in Position gehalten wird. Dazu ist an dem Rückschlagventilblech 16 eine axiale Sicherung 28 ausgebildet, welche mit dem Einlegeteil 21 zumindest abschnittsweise überlappt. Zusätzlich ist an dem Einlegeteil 21 ein weiterer Anschlag 26 für den Verriegelungsstift 17 ausgebildet, sodass sich eine mechanische Ratsche 23 ergibt, über welche der Rotor 3 stufenweise in die Mittenverriegelungsposition gedreht werden kann. Der Verriegelungsstift 17 wird durch die Feder 18 in die Verriegelungskulisse der Mittenverriegelungseinrichtung 10 an dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 gedrückt, wobei der Verriegelungsstift 17 einen in Fig. 4 dargestellten Kanal 29 zur Steuerung des hydrau- lischen Ratschenmechanismus sperrt, wenn der Verriegelungsstift 17 in der Verriegelungskulisse verriegelt ist. An dem Verriegelungsstift 17 ist eine Ausnehmung 30 vorgesehen, mit welcher der Kanal 29 zur Steuerung des hydraulischen Ratschenmechanismus geöffnet werden kann, wenn der Verriegelungsstift 17 durch den hydrauli- sehen Druck des Druckmittels in den Rotor 3 eingeschoben wird. Dadurch wird der hydraulische Ratschenmechanismus deaktiviert und das Druckmittel kann aus den entsprechenden Arbeitskammern 8, 9 abströmen.
In Fig. 3 ist ein gestuftes Einlegeteil 21 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Das Einlegeteil 21 weist einen Grundkörper mit einer Erhöhung 24, mit der sich das Einlegeteil 21 an dem Rückschlagventilblech 16 abstützt und eine Stufe 22 auf. Dabei ist an dem Basisteil eine Auflage 25 vorgesehen, mit welchem das Einlegeteil 21 sich an dem Verriegelungsdeckel 12 abstützen kann. Ferner ist an dem Einlegeteil 21 ein Anschlag 26 für den Verriegelungsstift 17 zu erkennen, welcher eine Drehbewegung des Rotors 3 formschlüssig unterbindet.
In Fig. 4 ist ein Ausschnitt eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in einer geschnittenen, dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Dabei ist der Rotor 3 in der Mit- tenverriegelungseinrichtung 10 bereits einseitig verriegelt und der Kanal 29 zu der Arbeitskammer 8, 9 durch den Verriegelungsstift 17 gesperrt. Der Rotor 3 ist mit seinem Flügel 6 im mechanischen Anschlag an einem Steg 5 des Stators 2.
In Fig. 5 ist ein weiterer Ausschnitt eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, wobei der Verriegelungsstift 17 an einer Stufe der mechanischen Ratsche 23 anliegt, sich jedoch noch nicht in der Mittenverriegelungsposition befindet. Der Kanal 29 zur hydraulischen Ansteuerung der Arbeitskammern 8, 9 ist weiterhin durch den Verriegelungsstift 17 gesperrt, sodass kein Druckmittel aus der entsprechenden Arbeitskammer 8, 9 abfließen kann. Somit sind die mechanische Ratsche 23 und der hydraulische Ratschenmechanismus gleichzeitig aktiv.
In Fig. 6 ist eine dritte Darstellung eines Ausschnitts des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 gezeigt. In diesem Betriebszustand ist der Verriegelungsstift 17 in den Rotor 3 eingeschoben, sodass die Ausnehmung 30 am Verriegelungsstift 17 den Ka- nal 29 zu den Arbeitskammern 8, 9 freigibt, sodass das Druckmittel aus den Arbeitskammern 8, 9 abfließen kann und der hydraulische Ratschenmechanismus deaktiviert ist. Dabei ist der Rotor 3 entriegelt und frei drehbar, sodass die betriebsbedingte Verstellfunktion des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 gegeben ist.
Die Funktion des hydraulischen Ratschenmechanismus hängt von der Ölversorgung und der temperaturabhängigen Viskosität des Druckmittels ab. Bei kalten Temperaturen kann die Funktion des hydraulischen Ratschenmechanismus aufgrund der dann hohen Strömungswiderstände ausfallen. Dies spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn ein Verbrennungsmotor kurz nach einem Kaltstart unplanmäßig, z.B. durch Abwürgen, abgestellt wird und der hydraulische Nockenwellenversteller 1 unverriegelt bleibt. Erfolgt der Motorstart bei kaltem und somit zähflüssigem Druckmittel, kann der hydraulische Ratschenmechanismus ausfallen. Zur Abdeckung einer Fail-Safe- Funktion des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 wird eine zusätzliche mechanische Ratsche 23 eingesetzt. Diese umfasst eine Stufe, in welcher der Verriegelungsstift 17 zwischen den Endanschlagspositionen und der Mittenverriegelungsposition einrasten kann.
Die mechanische Ratsche 23 und die hydraulische Ratsche können und sollen gleichzeitig zur Verstellung des Rotors 3 in die Mittenverriegelungsposition beitragen. Der hydraulische Ratschenmechanismus wirkt dann, wenn der Abfluss 29 der auf die Mit- tenposition hin schiebenden Arbeitskammer 8, 9 verschlossen ist. Der Verriegelungsstift 17 verschließt diesen Abfluss 29 in eingeriegelter Position. In der Zwischenrast- position der mechanischen Ratsche 23 wird dieser weiterhin verschlossen gehalten. Wegen der dazu benötigten Verriegelungstiefe durch den ersten Verriegelungsdeckel 1 1 hindurch muss das Einlegeteil 21 gestuft ausgeführt werden oder anderweitig eine Stufe 22 vorgesehen werden. Das Einlegeteil 21 im zweiten Verriegelungsdeckel 12 ist durch die verlängerte Verriegelungskulisse sowie die Aussparung für den An- schluss der Druckmittelversorgung zur hydraulischen Entriegelung der Mittenverriegelungseinrichtung 10 im ersten Verriegelungsdeckel 1 1 nicht mehr axial gegen Verkippung durch Stoßbelastungen gesichert. Als Sicherung wird daher das zwischen dem ersten Verriegelungsdeckel 1 1 und dem zweiten Verriegelungsdeckel 12 liegende Rückschlagventilblech 16 genutzt. lm dargestellten Ausführungsbeispiel ist die mechanische Ratsche 23 nur von der Mitte in Verstellrichtung„spät" und nicht in Verstellrichtung„früh" ausgebildet, da hier keine Spiralfeder zur Kompensation des Nockenwellenreibmoments eingesetzt wird. Zur Verstellung aus der Verstellrichtung„früh" in die Mittenverriegelungsposition kann das entsprechende Nockenwellenreibmoment unterstützend wirken, sodass in diese Richtung keine zusätzliche mechanische Ratsche 23 erforderlich ist. Prinzipiell kann die mechanische Ratsche 23 auch in beide Verstellrichtungen und somit beidseitig der Mittenverriegelungsposition ausgeführt werden. In diesem Fall wird vorzugsweise ein weiteres, gestuftes Einlegeteil 21 vorgesehen und in den zweiten Verriegelungsdeckel 12 eingesetzt. Wird die zusätzliche mechanische Ratsche auf dem gleichen Verriegelungsstift 17 wie die im Ausführungsbeispiel dargestellte mechanische Ratsche 23 angewendet, muss das gestufte Einlegeteil eine umgekehrte Schaltlogik für den hydraulischen Ratschenmechanismus erzeugen, sodass in der Zwischenrastposition die hydraulische Verbindung 29 zu der Arbeitskammern 8, 9 offen gehalten wird. Weiterhin ist eine mechanische Ratsche 23 mit mehreren Stufen und einer damit verbundenen feineren Abstufung denkbar, wobei vorzugsweise dazu ein mehrfach gestuftes Einlegeteil 21 verwendet wird.
Somit ist es bei einem erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller 1 möglich, das Verdrehen des Rotors 3 in die Mittenverriegelungsposition auch bei niedriger Temperatur und hoher Viskosität des Druckmittels zu verbessern und somit eine betriebssichere Verriegelung in der Mittenverrieglungsposition unabhängig von den äußeren Rahmenbedingungen sicherzustellen.
Bezuqszeichenliste
hydraulischer Nockenwellenversteller
Stator
Rotor
Rotornabe
Steg
Flügel
Druckraum
Arbeitskammer
Arbeitskammer
Mittenverriegelungseinrichtung
erster Verriegelungsdeckel
zweiter Verriegelungsdeckel
Dichtdeckel
erste Stirnseite
zweite Stirnseite
Rückschlagventilblech
Verriegelungsstift
Feder
Aussparung (an erstem Verriegelungsdeckel) Anschlag
Einlegeteil
Stufe am Einlegeteil
mechanische Ratsche
Erhöhung
Auflage
Anschlag
Rückschlagventil
Axiale Sicherung
Kanal zu hydraulischer Ratsche
Ausnehmung an Verriegelungsstift

Claims

Patentansprüche
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) zur Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors, mit
- einem Stator (2), welcher synchron mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehbar ist,
- einem verdrehbar zum Stator (2) angeordneten Rotor (3), welcher synchron mit einer Nockenwelle drehbar ist,
- zwei Gruppen von jeweils mit einem in einem Druckmittelkreislauf zu- oder abströmenden Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitskammern (9, 10) mit einer unterschiedlichen Wirkrichtung,
- einer Mittenverriegelungseinrichtung (10) zur Verriegelung des Rotors (3) in einer definierten Position zum Stator (2),
- der Stator
(2) an einer ersten Stirnseite (14) durch einen mehrteiligen Verriegelungsdeckel (1 1 , 12) begrenzt ist, wobei
- der mehrteilige Verriegelungsdeckel (1 1 , 12) einen ersten Verriegelungsdeckel (1 1 ) und einen zweiten Verriegelungsdeckel (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
- an dem ersten Verriegelungsdeckel (1 1 ) eine erste Stufe einer mechanischen Ratsche (23) und an dem zweiten Verriegelungsdeckel (12) mindestens eine weitere Stufe (22) der mechanischen Ratsche (23) ausgebildet ist
- zwischen dem ersten Verriegelungsdeckel (1 1 ) und dem zweiten Verriegelungsdeckel (12) ein Rückschlagventilblech (16) angeordnet ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Verriegelungsdeckel (12) zumindest ein Einlegeteil (21 ) vorgesehen ist, welches mit einem Verriegelungsstift (17) der Mittenverriegelungseinrichtung (10) in Wirkverbindung gebracht werden kann.
3. Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einlegeteil (21 ) ein Anschlag (26) für den Verriegelungsstift (17) ausgebildet ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Stufe (22) der mechanischen Ratsche (23) an dem Ein legeteil (21 ) ausgebildet ist und an dem Einlegeteil (21 ) eine Stufe zur Steuerung der hydraulischen Ratsche ausgebildet ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (21 ) aus einem gegenüber dem Werkstoff des zweiten Verriegelungsdeckels (12) härteren und höherfesten Werkstoff besteht.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (21 ) aus einem Sintermetall besteht oder mittels eines Feinschneid- oder Fließpress-Verfahren hergestellt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (21 ) in einen Kulissengrund der Mittenverriegelungseinrichtung (10) eingepresst ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (21 ) durch das Rückschlagventilblech (16) gegen ein Verkippen oder Herausfallen gesichert ist.
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