DE102010063700A1

DE102010063700A1 - Nockenellenversteller

Info

Publication number: DE102010063700A1
Application number: DE201010063700
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN103270258B; CN103270258A; WO2012084284A1; US20130269639A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Anordnung eines Nockenwellenverstellers (1), welcher ein Antriebsrad (2), einen Stator (3) und einen Rotor (4) aufweist, wobei Hydraulikkanäle (5) und (14) durch Kontaktflächen (7) der axial aneinanderliegenden Bauelemente wie Antriebsrad (2), Stator (3) und Rotor (4) sowie durch Kerben (6) gebildet werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last senkt den Verbrauch und die Emissionen. Eine verbreitete Bauart ist der Flügelzellenversteller. Flügelzellenversteller weisen einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad auf. Der Rotor ist meist mit der Nockenwelle drehfest verbunden. Der Stator und das Antriebsrad werden ebenfalls untereinander verbunden, wobei sich der Rotor koaxial zum Stator und innerhalb des Stators befindet. Rotor und Stator prägen Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor ermöglichen. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Verbund von Stator, Antriebsrad und Abdichtdeckel wird über mehrere Schraubenverbindungen ausgebildet.
Die Ölversorgung der Ölkammern wird durch eine Vielzahl von radial angeordneten Bohrungen im Rotor realisiert. Diese münden einerseits in den Ölkammern und andererseits in der Nabe des Rotors, wobei diese wiederum durch Öl aus dem Nockenwellenende versorgt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine besonders einfach herzustellende Ölführung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Nockenwellenversteller ein Antriebsrad, einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor und der Stator zwei gegensätzlich wirkende Arbeitskammern zur Relativdrehung von Rotor zu Stator ausbilden sowie der Stator drehfest mit dem Antriebsrad angeordnet ist, derart, dass zumindest zwei der vorgenannten Bauteile (Antriebsrad, Stator und Rotor) unmittelbar axial aneinanderliegend angeordnet sind und mit deren gebildeten Kontaktflächen einen gemeinsamen Hydraulikkanal begrenzen, welcher in eine der Arbeitskammern mündet.
Zur Ausbildung eines Hydraulikkanals werden zwei Bauteile axial aneinanderliegend angeordnet. Dabei hat zumindest eines der verwendeten Bauteile eine Vertiefung. Diese Vertiefung kann sich überwiegend radial von der Nabe des Nockenwellenverstellers bis zu einer ersten Arbeitskammer, in die sie mündet, erstrecken. Das Gegenstück auf dem anderen verwendeten Bauteil kann eine plane Fläche oder ebenfalls eine Vertiefung aufweisen. Werden beide Bauteil axial aneinanderliegend angeordnet, so wird in der Trennfuge ein Hydraulikkanal ausgebildet. Der Hydraulikkanal wird begrenzt durch die Kontaktflächen, welche in unmittelbarer Umgebung der Vertiefung angeordnet sind. Diese Kontaktflächen dichten den Hydraulikkanal gegenüber der Umwelt ab.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Nockenwellenversteller ein Antriebsrad, einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor und der Stator zwei gegensätzlich wirkende Arbeitskammern zur Relativdrehung von Rotor zu Stator ausbilden sowie der Stator drehfest mit dem Antriebsrad angeordnet ist, derart, dass zumindest zwei der vorgenannten Bauteile (Antriebsrad, Stator und Rotor) mittelbar axial aneinanderliegend angeordnet sind und einen gemeinsamen Hydraulikkanal begrenzen, welcher in eine der Arbeitskammern mündet.
Die verwendeten Bauteile zur Ausbildung eines Hydraulikkanals können ein Antriebsrad, ein Stator, ein Rotor, ein Deckel, eine Haube, eine Scheibe oder eine Kappe sein. Die axiale Anordnung der verwendeten Bauteile erinnert an eine Sandwichbauweise des Nockenwellenverstellers. Die ausgebildeten Hydraulikkanäle zu den jeweiligen Arbeitskammern erstrecken sich weitestgehend radial. Weitere Hydraulikkanäle, zum Beispiel zur Ölversorgung der Verriegelung oder zur Entlüftung, sind durch weitere Ausbildungen denkbar.
Die Hydraulikkanäle können durch Vertiefungen in einem der Bauteile gebildet werden. Die Vertiefung umfasst Sicken, Rillen, Senken, Nuten, Abdrücke oder andere Einformungen. Werden die Bauteile miteinander gefügt, so werden hydraulische Passagen ausgebildet, welche gegenüber der Umwelt weitestgehend öldicht sind. Diese Passagen erstrecken sich direkt radial oder als Kombination von axialer und radialer Ausrichtung von einem Ölzufluss, meist in der Nabe des Nockenwellenverstellers, zu der entsprechend zugeordneten Arbeitskammer. Der durch beide Bauteile gebildete Querschnitt für den Durchfluss von Hydraulikmittel ist vorteilhafterweise konstant ausgebildet. Alternativ kann ein lokal, speziell angepasster Querschnitt, z. B. zur Ausbildung von Blenden, Düsen oder Diffusoren ausgebildet werden.
Darüber hinaus können beide Bauteile Vertiefungen aufweisen, die in Kombination miteinander einen fluidleitenden Kanal ausbilden. Bei dem Fügen von beiden Bauteilen werden, im Querschnitt betrachtet, zwei zum Beispiel weitestgehend halbkreisförmige Vertiefungen zu einem, im Querschnitt gesehenen, weitestgehend kreisförmigen Kanal angeordnet.
Die verwendeten Bauteile zur Ausbildung eines Hydraulikkanals sind vorteilhafterweise als Blechteil ausgebildet, wobei zumindest ein Bauteil eine Vertiefung besitzen kann. Die Vertiefung ist spanlos durch Prägen, Durchstellen, Tiefziehen oder Fließpressen hergestellt. Dabei weist die Vertiefung einen konstanten oder variablen Querschnitt ihrer Wandung auf.
Ein gebildeter Hydraulikkanal mündet in eine erste Arbeitskammer. Diese fluidleitende Verbindung versorgt die Arbeitskammer mit Drucköl, um den Rotor gegen den Stator in einer Vorteilsrichtung gegeneinander zu verdrehen. Bei Druckabschaltung kann dieser geschaffene Ölkanal als Abfluss von Öl und Luft genutzt werden, um die erste Arbeitskammer zu entleeren.
Ein positiver Aspekt ist die Oberflächenvergrößerung durch die Vertiefung, wobei ein Wärmetransport begünstigt wird. Das Öl wird dadurch den Umgebungstemperaturen angepasst. Somit wird eine stabile Viskosität des Öls erreicht, wodurch der Nockenwellenversteller temperaturstabiler arbeiten kann.
Durch die Ausbildung von Vertiefungen in Blech von zumindest einem der verwendeten Bauteile, wird eine versteifende Wirkung erzielt. Die Stabilität des Bauteils wird erhöht und es kann Material eingespart werden, was den Leichtbau begünstigt.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist der Rotor einen Flügel auf, auf dem eine Kerbe angeordnet ist. Diese Kerbe öffnet einen Zugang für Hydrauliköl in eine Arbeitskammer. Die Kerbe ist vorteilhafterweise in einem Rotor aus Blech ausgebildet und bildet nach dem Fügen mit einem axialen, peripheren Bauteils einen fluidleitenden Hydraulikkanal. Alternativ kann diese Kerbe auch nahe der Mantelfläche am Umfang des Rotors angeordnet sein.
Die Herstellung der Kerbe kann durch Stanzen erfolgen. Auch eine Ausbildung als Sinter- oder Gussteil ist möglich. Weitere Verfahren sind Fräsen, Drehen, Erodieren und andere spangebende Verfahren.
Durch die gezielte Anordnung der Kerbe am Flügel kann das Einströmverhalten und das Ausströmverhalten in die bzw. aus der Arbeitskammer beeinflusst werden. Das wird durch eine radiale Positionierung der Kerbe bestimmt. Hierbei kann ein Dämpfungseffekt erzielt werden oder eine gewünschte Restmenge an Öl kann in der Arbeitskammer verbleiben.
Weiterhin weist der Nockenwellenversteller in einer Ausbildung der Erfindung einen Verriegelungsmechanismus auf, der den Rotor mit dem Stator drehfest koppelt. Dabei sind zwei axial aneinanderliegende Bauteile derart angeordnet, dass diese einen Hydraulikkanal ausbilden, welcher sich von einer Nabe des Nockenwellenverstellers zum Verriegelungsmechanismus erstreckt.
Durch die Auftrennung eines Ölkanals auf zwei Bauelemente, welche erst im Verbund miteinander zusammen einen gemeinsamen Ölkanal entlang der Durchflussrichtung ausbilden, werden einfach Herstellprozesse angewandt und die Qualitätskontrolle vereinfacht. Auch verringern sich unerwünschte Effekte durch Verunreinigungen, welche aus Rillen, Sicken, Vertiefungen und Durchbrüchen leichter zu entfernen sind. Somit stellt ein Zusammenfügen mehrerer Komponenten, welche die ölführenden Merkmale enthalten, eine deutliche Verbesserung der Herstellung und der Qualität dar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch den Nockenwellenversteller,
2 einen Querschnitt von 1 ohne Rotor,
3 einen Querschnitt von 1 mit Rotor,
4 einen weiteren Schnitt durch den Nockenwellenversteller und
5 eine Anordnung mit einem Stator, einem Rotor und einer Nabe.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1, der ein Antriebsrad 2 mit einem drehfest verbundenen Stator 3 und welcher mit einem Rotor 4 konzentrisch angeordnet ist. Das Antriebsrad 2 und der Rotor 4 sind auf einer Nabe 11 gelagert. Der Stator 3 bildet mit dem Rotor 4 hydraulisch beaufschlagbare Arbeitskammern 9, 10 aus. Diese Arbeitskammern wirken gegensätzlich und werden über einen Hydraulikkanal 5 mit Drucköl versorgt. Dieser über einen Hydraulikkanal 5 mit Drucköl versorgt. Dieser Hydraulikkanal 5 wird durch den Rotor 4 und das Antriebsrad 2 gebildet. Dabei weist das Abtriebsrad 2 verschieden dicke Wandabschnitte 2a, 2b auf. Die Wandabschnitte 2a, 2b sind stirnseitig mit dem Rotor 4 angeordnet und öffnen bzw. verdecken die Zuleitungen.
2 zeigt einen Querschnitt aus 1. Auf die Darstellung des Rotors 4 ist hier verzichtet worden, um einen Blick auf die Hydraulikkanäle 5 zu ermöglichen. Der Umriss von des Wandabschnittes 2a, welcher eine größere Dicke aufweist als Wandabschnitt 2b, folgt kohärent der Innenkontur des Stators 3 in dem entsprechenden Winkelsegment. Diese Geometrie ist zumindest vier mal im Winkel von 45° angeordnet. Aufgrund des axialen Versatzes durch die unterschiedliche Dicke der Wandabschnitte 2a und 2b entsteht eine axiale Vertiefung zur Ausbildung eines Hydraulikkanals 5.
3 zeigt einen Querschnitt aus 1 mit dem Rotors 4. Die axiale Kontaktfläche des Rotors 4 mit dem Antriebsrad 2 entsteht in den Bereichen der Wandabschnitte 2a. Dadurch, dass der Rotor 4 mit seiner Wandung zwischen der Wandung des Stators 3 und der Nabe 11 verläuft, dichtet der Rotor 4 die Arbeitskammer 9 von der Arbeitskammer 10 ab und ermöglicht nur einen Zulauf in die Arbeitskammer 10 durch den unmittelbar durch Rotor 4, Stator 3 und Antriebsrad 2 eingegrenzten Hydraulikkanal 5.
4 zeigt die Anordnung eines Nockenwellenverstellers 1 nach 1 mit einem winkelversetzten Querschnitt durch die Hydraulikmittelzuleitung 16. Der Rotor 4 bildet mit einer Kerbe 6 einen Hydraulikkanal 14. Dabei liegen Rotor 4 und Antriebsrad 2 axial aneinander und bilden Kontaktflächen 7 aus. Die Kerbe 6 und das Antriebsrad 2 bilden zusammen einen Hydraulikkanal 14. Die Kontaktflächen 7 dichten den Hydraulikkanal 14 ab, so dass eine definierte Position der Zuleitung gewahrt ist. Weiterhin besitzt der Rotor 4 einen Verriegelungsmechanismus 12. Der Verriegelungsmechanismus 12 ver- bzw. entriegelt den Rotor 4 mit dem Stator 3 in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers 1. Eine Zuleitung von Hydrauliköl zum Betätigen des Verriegelungsmechanismus 12 kann durch eine erfindungsgemäße Ausbildung eines Hydraulikkanals erfolgen.
3 zeigt einen Stator 3 mit einem darin befindlichen, koaxial angeordneten Rotor 4. Der Stator 3 und der Rotor 4 bilden gegensätzlich wirkende Arbeitskammern 9, 10 aus, welche druckölbeaufschlagbar sind. Die hier gezeigte Anordnung entstammt dem Nockenwellenversteller 1 nach 1 und 2. Der Rotor 4 und der Stator 3 sind auf einer Nabe 11 angeordnet. Drucköl bzw. Hydraulikmittel strömt von der Hydraulikmittelzuleitung 15 der Nabe 11 in die umlaufende Nut 17 und verteilt sich am Umfang. Weiterhin fließt dann das Drucköl durch die am Rotor 4 fest und einteilig verbundenen Flügel 8 zu der Kerbe 6, welche zusammen mit dem hier nicht dargestellten Antriebsrad 2 einen Hydraulikkanal 14 ausbildet. Die Versorgung mit Drucköl bzw. Hydraulikmittel durch den erfindungsgemäßen Hydraulikkanal 14 erfolgt in die Arbeitskammer 9. Die Arbeitskammer 10 wird durch den Hydraulikkanal 5 in 1 versorgt.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Antriebsrad
2a, 2b: Wandabschnitte
3: Stator
4: Rotor
5: Hydraulikkanal
6: Kerbe
7: Kontaktfläche
8: Flügel
9: Arbeitskammer
10: Arbeitskammer
11: Nabe
12: Verriegelungsmechanismus
13: Hydraulikkanal
14: Hydraulikkanal
15: Hydraulikmittelzuleitung
16: Hydraulikmittelzuleitung
17: Nut

Claims

Nockenwellenversteller (1), welcher ein Antriebsrad (2), einen Stator (3) und einen Rotor (4) aufweist, wobei der Rotor (4) und der Stator (3) zwei hydraulische Arbeitskammern (9, 10) zur Relativdrehung von Rotor (4) zu Stator (3) ausbilden und der Stator (3) drehfest mit dem Antriebsrad (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der vorgenannten Bauteile (Antriebsrad (2), Stator (3) und Rotor (4)) unmittelbar axial aneinanderliegend angeordnet sind und mit deren Kontaktflächen (7) einen gemeinsamen Hydraulikkanal (5) begrenzen, welcher in eine der Arbeitskammern (9, 10) mündet.
Nockenwellenversteller (1), welcher ein Antriebsrad (2), einen Stator (3) und einen Rotor (4) aufweist, wobei der Rotor (4) und der Stator (3) zwei hydraulische Arbeitskammern (9, 10) zur Relativdrehung von Rotor (4) zu Stator (3) ausbilden und der Stator (3) drehfest mit dem Antriebsrad (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der vorgenannten Bauteile (Antriebsrad (2), Stator (3) und Rotor (4)) mittelbar axial aneinanderliegend angeordnet sind und einen gemeinsamen Hydraulikkanal (5) begrenzen, welcher in eine der Arbeitskammern (9, 10) mündet.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) einen Flügel (8) aufweist, wobei der Flügel (8) die Arbeitskammern (9, 10) voneinander separiert und der Flügel (8) eine Kerbe (6) aufweist, wobei die Kerbe (6) mit dem Antriebsrad (2) oder dem Stator (3) einen gemeinsamen Hydraulikkanal (14) ausbildet.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) einen Verriegelungsmechanismus (12) aufweist, wobei der Verriegelungsmechanismus (12) durch einen weiteren gemeinsamen Hydraulikkanal (13) mit einer Nabe (11) des Nockenwellenverstellers (1) hydraulisch verbunden ist, wobei der weitere gemeinsame Hydraulikkanal (13) aus den Kontaktflächen (7) von zumindest zwei der vorgenannten Bauteile (Antriebsrad (2), Stator (3) und Rotor (4)) begrenzt wird.