DE19932299B4

DE19932299B4 - Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE19932299B4
Application number: DE19932299A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schäfer; Martin Dipl.-Ing. Steigerwald; Matthias Dipl.-Ing. Kapp
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-07-10
Filing date: 1999-07-10
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2019-07-11
Also published as: DE19932299A1; US6374785B1; DE29925012U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flügelzellenversteller mit einem von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetriebenen Außenrotor (1) und einem mit einer Nockenwelle drehfest verbundenen Innenrotor (2), der in Flügelaufnahmenuten (16) geführte Schwenkflügel (15) aufweist, die in hydraulischen Arbeitsräumen (31) des Außenrotors (1) mit Drucköl beaufschlagbar sind. Die Gefahr des Abhebens der Schwenkflügel (15) von den radialen Dichtflächen wird dadurch gebannt, daß die Unterseiten der Schwenkflügel (15) bei laufendem Verbrennungsmotor mit Drucköl beaufschlagt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an sogenannten Flügelzellenverstellern realisierbar.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Vorrichtung ist aus der gattungsbildenden EP 0 818 610 A2 vorbekannt. Hierbei sind im Inneren eines Außenrotors fünf hydraulische Arbeitskammern vorgesehen, die durch Schwenkflügel eines Innenrotors in jeweils zwei Druckkammern unterteilt werden. Die Schwenkflügel sind in radialen Flügelaufnahmenuten dichtend geführt. Zwischen der Unterseite der Schwenkflügel und dem Nutengrund der Flügelaufnahmenuten befindet sich ein Abstandsraum für Flügelandruckfedern, der durch an der Unterseite befestigte Abstandselemente in seiner Breite und Tiefe festgelegt ist. Die Flügelandruckfedern bewirken ein radiales Anliegen der Schwenkflügel an einer zylindrischen Innenseite der Arbeitskammern. Dadurch soll eine radiale Abdichtung zwischen den Druckkammern erreicht werden, die für eine hohe Funktionssicherheit, Effizienz und Stellgeschwindigkeit der Flügelzellenversteller erforderlich ist.
Bei der DE 197 15 570 A1 ist ein Flügelzellenversteller mit drei hydraulischen Arbeitsräumen im Außenrotor und mit drei Schwenkflügeln des Innenrotors beschrieben, die die Arbeitsräume in jeweils zwei Druckkammern unterteilen. Die radiale Abdichtung zwischen zwei Druckkammern wird durch die Dicke (= Dichtlänge) der Schwenkflügel und durch deren Fliehkraft, die axiale Abdichtung durch federbelastete Dichtleisten an den Seiten der Schwenkflügel angestrebt.
In der EP 0 807 746 A1 wird ein Drehflügelversteller beschrieben, bei dem ein Außenrotor mit vier hydraulischen Arbeitskammern vorgesehen ist, die durch jeweils einen Flügel eines Innenrotors in zwei Druckkammern geteilt werden. Die Arbeitskammern weisen eine zylindrische Innenkontur und radial stehende Trennwände auf, die bis zu einer Nabe des Innenrotors reichen. Als radiale Dichtung zwischen Trennwänden und Nabe sowie zwischen Flügeln und zylindrischer Innenkontur sind federbelastete Dichtleisten vorgesehen, die die Leckage zwischen den Druckkammern minimieren sollen.
Allen drei Lösungen ist gemeinsam, daß die Dichtelemente durch Feder- und/oder Fliehkraft an die Dichtflächen angedrückt werden. Dabei besteht die Gefahr, daß die Dichtelemente durch den Öldruck in den Druckkammern von ihren Dichtflächen abgehoben werden und dadurch ihre Dichtwirkung verlieren, wodurch die Funktionssicherheit, der Wirkungsgrad und die Verstellgeschwindigkeit der Vorrichtung absenkt werden.
Aus der JP 10-339114 ist bekannt ausgehend von einer Zuführleitung, die ein Steuerventil mit einer der Druckkammern verbindet, eine weitere Druckmittelleitung abzweigen zu lassen. Diese Druckmittelleitung befindet sich innerhalb des Rotors und mündet in die Flügelnut, in der der Flügel angeordnet ist. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist die komplizierte Herstellung dieser weiteren Druckmittelleitungen innerhalb des Rotors. Des Weiteren besteht bei dieser Ausführungsform die Gefahr, dass in der weiteren Druckmittelleitung Schmutz partikel zurückbleiben, die die Vorrichtung während des Betriebs schädigen können. Dieses Risiko kann selbst durch aufwändiges Reinigen der schwer zugänglichen Druckmittelleitung nicht vollständig beseitigt werden.
Eine weitere Vorrichtung ist aus der JP 10-89021 bekannt. In dieser Ausführungsform sind die Schwenkflügel einteilig mit der Radnabe des Innenrotors ausgebildet. An den radial äußeren Enden der Flügel sind Nuten vorgesehen, in denen Dichtleisten angeordnet ist. Dabei ist die Nut in Umfangsrichtung der Vorrichtung deutlich größer als die Erstreckung der Dichtleiste ausgebildet. Folglich wandert die Dichtleiste während des Betriebs der Brennkraftmaschine in der Nut, wodurch die Leckage zwischen den Druckkammern erhöht wird. Des Weiteren neigt die Dichtleiste dazu während der Wanderbewegung zu verkippen.
In der JP 10 184 322 ist ein Nockenwellenversteller nach dem Flügelzellenprinzip offenbart. Hier wird den Schwenkflügeln auf ihrer Fußseite Drucköl so zugeführt, dass sie radial an die Innenseite des Stators gepresst werden. In beiden Fällen erfolgt die Druckölzufuhr nabenseitig durch eine Abzweigung aus der den Druckkammern zugeführten Druckölmengen. Es werden Doppelflügel verwendet, bei denen je nach Drehrichtung mal der eine und mal der andere Flügel mit Drucköl aufschlagt werden. Eine solch aufwändige Lösung erscheint notwendig, um einen strömungstechnischen Kurzschluss zwischen beiden Druckkammern zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere bei einem Flügelzellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im gesamten Drehzahlbereich ein Anliegen der Schwenkflügel am Innenumfang des Außenrotors zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Unterseiten der Schwenkflügel bei laufendem Verbrennungsmotor mit Drucköl beaufschlagt sind. Dadurch werden die Schwenkflügel hydraulisch gegen den Innenumfang des Außenrotors gedrückt. Dabei soll das Druckmittel den Druckkammern entnommen werden. Da die Schwenkflügel auch noch drehzahlabhängig durch die Fliehkraft nach außen getrieben werden, können die Flügelandruckfedern ggf. entfallen. Ohne Flügelandruckfedern wird die Montage des Flügelzellenverstellers wesentlich vereinfacht. Außerdem entfällt bzw. verringert sich der Einfluß nachlassender Anpreßkraft der Flügelandruckfedern auf die Funktion und damit auf die Zuverlässigkeit des Flügelzellenverstellers. Die Flügelandruckfedern sind üblicherweise einfach gebogene Flachbiegefedern aus Federband hergestellt. Die hydraulische Beaufschlagung der Unterseiten der Schwenkflügel erfordert keinen zusätzlichen Bauraum.
In einer Weiterbildung der Erdfindung ist vorgesehen, dass das Drucköl entlang von Nuten in die Abstandsräume geführt wird.
Von Vorteil ist, daß die Unterseiten der Schwenkflügel in Strömungsverbindung mit den Druckkammern oder mit deren Versorgungsleitungen, insbesondere mit im Innenrotor angeordneten Ringräumen stehen. Auf diese Weise entspricht der auf der Unterseite der Schwenkflügel herrschende Öldruck immer dem in den Druckkammern. Das heißt, je höher der Öldruck in den Druckkammern und damit die Tendenz zum Abheben der Schwenkflügel ist, desto größer ist deren Anpreßkraft und damit die Abdichtung zwischen den Druckkammern. Eine größere interne Öldichtheit bewirkt, daß vor allem in geregelter Position des Flügelzellenverstellers weniger Öl in die Druckkammern nachgefördert werden muß, was eine Steigerung des Wirkungsgrads und der Verstellgeschwindigkeit des Flügelzellenverstellers bedeutet.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, daß die beiden Arbeitsflächen der Schwenkflügel vorzugsweise radiale und mittige Zuführnuten aufweisen. Durch die Zuführnuten gelangt Drucköl von den Druckkammern in den Abstandsraum und damit auf die Unterseite der Schwenkflügel. Da die Druckölzufuhr von beiden Druckkammern aus geschehen muß und damit auf beiden Arbeitsflächen der Schwenkflügel eine Zuführnut erforderlich ist, bedeuten diese zugleich auch eine Leckagequelle. Deshalb bilden deren Abmessungen einen Kompromiß zwischen unerwünschter Drosselung der Ölzufuhr zur Unterseite der Schwenkflügel und damit einen verzögerten Druckaufbau im Abstandsraum und gewollter Drosselung zur jeweils anderen Druckkammer. Die Kompromißlösung wird dadurch erleichtert, daß die Leckageströmung in die benachbarte Druckkammer doppelt so häufig gedrosselt wird als die Füllströmung in den Abstandsraum.
Um diesen Kompromiß zu optimieren, ist es von Vorteil, daß die Zuführnuten bei eingebauten Schwenkflügeln von deren Unterseiten zumindest bis in den Bereich unterhalb der Oberkanten der Flügelaufnahmenuten reichen. Die erforderliche Drosselung kann durch Wahl des Querschnitts von den sich über die gesamte Länge der Schwenkflügel erstreckenden Zuführnuten oder durch Wahl der Überdeckung zwischen der Flügelaufnahmenut und den bis kurz vor deren Oberkanten reichenden Zuführnuten des eingebauten Schwenkflügels erreicht werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in einer Nabe des Innenrotors unter jeder Flügelaufnahmenut eine Axialbohrung vorgesehen ist, die die beiden Ringräume miteinander verbindet und eine von Radialbohrungen kreuzt, die durch die Mitte eines jeden Nutengrunds verlaufen. In den Axialbohrungen ist dabei ein axial verschiebbarer Kolben dichtend geführt, der die Radialbohrungen steuernd beherrscht und dessen Hub durch Axialanschläge beidseitig begrenzt ist. Auf diese Weise wird die Unterseite der Schwenkflügel abwechselnd von einem der beiden Ringräume über die Axial- und Radialbohrungen mit Drucköl versorgt. Der Kolben verhindert eine Leckageströmung vom druckbeaufschlagten in den jeweils druckentlasteten Ringraum. Die beiden Axialanschläge verhindern ein Herausfallen des Kolbens aus der Axialbohrung. Sie können durch beidseitiges Einpressen von beispielsweise hohl gebohrten Sicherungsstopfen oder Scheiben oder durch einseitiges Einpressen derselben in Verbindung mit einer Durchmesserverminderung am gegenüberliegenden Ende der Axialbohrung verwirklicht werden.
Von Vorteil ist auch, daß der Kolben Kreiszylinder- oder Kugelform aufweisen kann. Die Kreiszylinderform gewährleistet maximalen Leckageschutz aufgrund ihrer großen Dichtlänge. Die Kugelform bietet eine sichere Druckölversorgung der Unterseite der Schwenkflügel auch bei beidseitiger Druckbeaufschlagung derselben. Die Kugel, die dann in ihrer Mittelstellung steht, verschließt dabei die Radialbohrung nicht. Die bei dieser Betriebsweise mögliche Mittelstellung des zylinderförmigen Kolbens, der dann die Ölzufuhr zur Unterseite des Schwenkflügels blockiert, ist unkritisch, da in diesem Fall kein Druckgefälle und damit keine Leckölströmung zwischen den Druckkammern besteht und somit die hydraulische radiale Anpressung der Schwenkflügel nicht unbedingt erforderlich ist.
Der Bauaufwand für die Druckölversorgung der Unterseiten der Schwenkflügel wird dadurch verringert, daß die Radialbohrungen bis zu einer Verteilnut reichen, die in einer Mittenbohrung des Innenrotors oder am Außenumfang einer mit Preßsitz in dieser Mittenbohrung sitzenden Hülse angebracht ist. Auf diese Weise reicht eine Axialbohrung für die Druckölversorgung aller Unterseiten der Drehflügel aus, da das Drucköl über die Ringnut zu allen Radialbohrungen und damit zu allen Unterseiten gelangt.
Eine alternative Lösung zur Druckölbeaufschlagung der Unterseiten der Schwenkflügel besteht darin, daß der Abstandsraum zwei Teilräume aufweist, die untereinander abgedichtet sind und die mit unterschiedlichen Ringräumen in dauernder Strömungsverbindung stehen. Bei dieser Lösung wird die Unterseite der Schwenkflügel zwar nur zur Hälfte und exzentrisch mit Drucköl beaufschlagt, dafür entfällt jedoch jeglicher Aufwand für die Steuerung der Ölzufuhr.
Von Vorteil ist auch, daß die Schwenkflügel einen im Profilquerschnitt bevorzugt runden oder viereckigen Zapfen mit einem Durchmesser oder einer Stärke ihrer Dicke aufweisen, der senkrecht und mittig auf deren Unterseite angeordnet und in. einer radialen Führungsbohrung der Nabe des Innenrotors dichtend geführt ist. Dadurch wird auf einfache Weise eine ausreichende gegenseitige Abdichtung der beiden Teilräume des Abstandsraumes erreicht, so daß trotz fehlender Steuerung der Druckölzufuhr keine Kurzschlußströmung zwischen den beiden Ringräumen auftritt. Wenn der Zapfen eine größere Länge als die Führungs bohrung aufweist, stößt er eher auf deren Boden an als die Unterseite des Schwenkflügels auf dem Nutengrund der Flügelaufnahmenut. Die Längendifferenz zwischen Zapfen und Führungsbohrung bestimmt bei dieser Lösung die Höhe des Abstandsraums.
Eine weitere Variante der Druckbeaufschlagung der Unterseite der Schwenkflügel besteht darin, daß der Abstandsraum mit den beiden Ringräumen durch je eine in den Nutengrund eingebrachte Zufuhröffnung verbunden ist, welche durch jeweils eine auf dem Nutengrund liegende und durch die Flügelandruckfeder belastete Ventilplatte dicht abgedeckt und steuernd beherrscht ist. Dadurch gelangt das Drucköl auf einfache Weise und ohne Leckage in den Abstandsraum. Die Flügelandruckfedern und die Ventilplatten bestehen zweckmäßigerweise aus Federstahl und tragen ggf. einen elastomeren Überzug zur Sicherstellung einer Abdichtung der Zufuhröffnungen auch bei nicht optimaler Oberflächenqualität des Nutengrunds.
Eine besonders einfache Version der Druckölzufuhr ergibt sich daraus, daß die Zufuhröffnungen durch die flachen Enden der spiegelbildlich eingebauten Flügelandruckfeder dicht abgedeckt und steuernd beherrscht sind. Hierbei kann die Ventilplatte entfallen, da ihre Funktion von der entsprechend ausgebildeten Flügelandruckfeder übernommen wird.
Eine Ausführung wahlweise mit oder ohne Flügelandruckfedern ist dadurch gekennzeichnet, daß ein mittig angeordnetes Abstandselement vorgesehen ist, das zur Fixierung einer anderen Ventilplatte dient, die andere Zufuhröffnungen dicht abdeckt und steuernd beherrscht, wobei die andere Ventilplatte außerhalb des Bereiches der anderen Zufuhröffnungen und das mittig angeordnete Abstandselement sowie ggf. eine Flügelandruckfeder Seitenspiel gegenüber der Flügelaufnahmenut aufweisen. Die Lösung mit dem zentralen Abstandstandselement ist besonders montagefreundlich, da die andere Ventilplatte, deren Länge der Breite des Schwenkflügels entspricht, vor dessen Montage lediglich in die Flügelaufnahmenut gelegt werden muß. Das Seitenspiel zwischen der Flügelaufnahmenut und dem zentralen Abstandselement bzw. der Ventilplatte und ggf. der Flügelandruckfeder gestattet eine ungedrosselte Beaufschlagung der Unterseite des Schwenkflügels mit Drucköl aus den Zufuhröffnungen. Das mittig angeordnete Abstandselement bietet im Vergleich zu den an den Seiten der Schwenkflügel angeordneten Abstandselementen den Vorteil einer größeren Freiheit bei der Anordnung der Zufuhröffnungen, da der für deren Abdeckung erforderliche Raum um die Breite der außenliegenden Abstandselemente vergrößert ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das mittig angeordnete Abstandselement in direktem Kontakt zum Nutengrund steht und in jedem der beiden anderen Teilräume eine zu den anderen Zufuhröffnungen hin offene, U-förmige andere Flügelandruckfeder vorgesehen ist, deren auf der anderen Zufuhröffnung liegender Federschenkel diese dicht abdeckt und steuernd beherrscht. Hierbei dient die U-förmige Flügelandruckfeder zugleich als Ventilplatte für die Zufuhröffnungen und ihre Federkraft zugleich als Schließkraft zum Abdecken der Zufuhröffnungen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
1 einen Querschnitt B-B gemäß 2 durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Flügelzellenversteller;
2 einen Längsschnitt A-A gemäß 1 durch den erfindungsgemäßen Flügelzellenversteller mit einer zu einem Abstandsraum führenden, ungesteuerten Zuführnut in den Arbeitsflächen eines Schwenkflügels;
3 ein vergrößerter Ausschnitt X der 2 jedoch ohne Zuführnut und mit einer zu dem Abstandsraum führenden Axial- und Radialbohrung, die durch einen Kolben öldruckabhängig gesteuert sind;
4 der vergrößerte Ausschnitt X der 2, jedoch ohne Zuführnut und mit öldicht geteiltem Abstandsraum, wobei die Teilräume eine getrennte und ungesteuerte Druckölzufuhr aufweisen;
5 der vergrößerte Ausschnitt X der 2, jedoch ohne Zuführnut und mit Zufuhröffnungen, die durch eine Ventilplatte öldruckabhängig gesteuert sind, wobei die Ventilplatte durch eine Flügelandruckfeder mittig belastet ist;
6 der vergrößerte Ausschnitt X der 2, jedoch ohne Ventilplatte und mit spiegelbildlich eingebauter Flügelandruckfeder, deren flache Enden die Zufuhröffnungen abdecken und steuernd beherrschen;
7 der vergrößerte Ausschnitt X der 2, jedoch ohne Zuführnut und mit anderen Zufuhröffnungen, die durch eine andere Ventilplatte abgedichtet und öldruckabhängig gesteuert sind, wobei anstelle der beiden seitlich stehenden ein mittig angeordnetes Abstandselement mit einer geringeren Dicke als die des Schwenkflügels vorgesehen ist;
8 der vergrößerte Ausschnitt X der 2, jedoch mit zwei U-förmigen Flügelandruckfedern, deren flügelferne Federschenkel die anderen Zufuhröffnungen abdichten und öldruckabhängig steuern.
In den 1 und 2 ist ein Flügelzellenversteller dargestellt. Dieser weist einen Außenrotor 1 und einen konzentrischen Innenrotor 2 auf.
Der Außenrotor 1 besteht aus einem Umfangsteil 3 und einer ersten Seitenwand 4 sowie einer zweiten Seitenwand 5. Das Umfangsteil 3 ist kreiszylinderförmig ausgebildet, mit einer kreiszylindrischen Außenfläche 6 und einer kreiszylindrischen Innenfläche 7. Letztere ist mit vier radial stehenden, äquidistanten Trennkörpern 8 einstückig verbunden, deren zueinander geneigte erste und zweite Seitenfläche 9, 10 auf eine Drehachse 11 gerichtet sind. Die erste Seitenwand 4 trägt an ihrem Außenumfang eine Verzahnung 12 für eine nicht dargestellte Rollenkette, die eine Antriebsverbindung zu der ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle herstellt. Das Umfangsteil 3 ist durch vier Schrauben 13 zwischen der ersten und zweiten Seitenwand 4, 5 öldicht verspannt.
Der Innenrotor 2 weist eine kreiszylindrische Nabe 14 auf, die mit einer nicht dargestellten Nockenwelle drehfest verbunden ist. In der Nabe 14 sind radial stehende Schwenkflügel 15 in Flügelaufnahmenuten 16 dichtend geführt. Die Nabe 14 und die Schwenkflügel 15 weisen gegenüber den Seitenwänden 4, 5 Dichtspiel auf. Das selbe gilt gegenüber dem kreiszylindrischen Umfang der Nabe 14 und den dazu passenden Innenflächen 17 der Trennkörper 8.
Zwischen einer Unterseite 18 der Schwenkflügel 15 und einem Nutengrund 19 der Flügelaufnahmenut 16 befindet sich ein Abstandsraum 20, der als Tasche im Fuß des Schwenkflügels 15 ausgebildet ist. Seine Höhe ist durch seitliche Abstandselemente 21 festgelegt. Im Abstandsraum 20 befindet sich eine als einfach gebogene Flachbiegefeder ausgebildete Flügelandruckfeder 23. Diese bewirkt auch bei Stillstand des Verbrennungsmotors eine radiale Anlage der Schwenkflügel 15 an der kreiszylindrischen Innenfläche 7 des Umfangsteils 3.
Die Nabe 14 weist eine Mittenbohrung 24 auf, an deren Enden ein erster und zweiter Ringraum 25, 26 angeordnet sind. In der Mittenbohrung 24 ist eine Hülse 27 eingepreßt, die der getrennten Ölzufuhr zu den Ringräumen 25, 26 dient. Auf dem nockenwellenfernen Ende 28 der Hülse 27 ist ein Druckring 29 aufgepreßt, der den ersten Ringraum 25 nach außen abdichtet und auf dem der Außenrotor 1 gelagert ist. Die Druckölzufuhr zum ersten Ringraum 25 erfolgt vom Inneren der Hülse 27 durch radiale Ölzufuhrbohrungen 30, die Druckölzufuhr zum zweiten Ringraum 26 und dessen Abdichtungen nach außen sind nicht dargestellt.
Im Außenrotor 1 sind Arbeitsräume 31 angeordnet, die durch die Seitenwände 4, 5, die kreiszylindrische Innenfläche 7 des Umfangsteils 3 und die Trennkörper 8 begrenzt und durch die Nabe 14 des Innenrotors 2 abgedichtet sind. Die Schwenkflügel 15 teilen die Arbeitsräume 31 in je zwei Druckkammern 32, 33 auf, die von den Ringräumen 25, 26 über Ölversorgungsbohrungen 34 mit Drucköl beschickt werden. Bei einseitiger Beschickung wird der Innenrotor 2 gegenüber dem Außenrotor 1 geschwenkt, wodurch eine Drehwinkelverstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle bewirkt wird. Dies hat eine Änderung der Steuerzeiten zur Folge. Bei gleichzeitiger Beschickung der beiden Druckkammern 32, 33 werden die jeweilige Lage der Schwenkflügel 15 und damit die Steuerzeiten der Nockenwelle fixiert.
Beim Absinken des Öldrucks unter ein bestimmtes Maß wird ein Fixierpin 35 von einer Druckfeder 36 in eine Sacköffnung 37 in eine zweite Seitenwand 5 eingerastet. Dadurch werden Außen- und Innenrotor 1, 2 festgekoppelt, wodurch hochfrequente, durch Wechselmomente der Nockenwelle verursachte Klappergeräusche beim Auslaufen und Anfahren des Verbrennungsmotors vermieden werden.
Die Funktionssicherheit und die Verstellgeschwindigkeit sowie der Wirkungsgrad eines Flügelzellenverstellers hängen entscheidend von der Drucköldichtheit zwischen den einzelnen Druckkammern 32, 33 ab. Dazu ist es besonders wichtig, ein öldruckbedingtes Abheben der Schwenkflügel 15 von der kreiszylindrischen Innenfläche 7 des Außenrotors 1 zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß durch Beaufschlagung der Unterseiten 18 der Schwenkflügel 15 durch Drucköl bei laufendem Verbrennungsmotor verwirklicht. Dabei wird das Drucköl den Druckkammern 32, 33 oder den Ringräumen 25, 26 entnommen. Damit ist immer ein weitge hendes Gleichgewicht zwischen dem auf der radialen Dichtseite und dem auf der Unterseite 18 der Schwenkflügel 15 herrschenden Öldruck gegeben. Da dieser sich von den Ringräumen 25, 26 kommend zuerst auf den Unterseiten 18 auswirkt und somit zur radialen Anlage der Schwenkflügel 15 vor dem Druckaufbau in den Druckkammern 33, 34 führt, kann unter Umständen auf die Flügelandruckfedern 23 gänzlich verzichtet werden.
Bei der Lösung nach 2 sind in den Arbeitsflächen 38 der Schwenkflügel 15 radiale und mittige Zuführnuten 39 vorgesehen. Durch diese gelangt Drucköl von den Druckkammern 32, 33 in den Abstandsraum 20 und damit auf die Unterseite 18 der Schwenkflügel 15. Da die Druckölzufuhr von beiden Druckkammern 32, 33 erfolgen muß und deshalb auf beiden Arbeitsflächen 38 der Schwenkflügel 15 eine Zuführnut 39 erforderlich ist, bedingen diese zugleich auch einen gewissen Strömungskurzschluß zwischen den Druckkammern 32, 33. Die Zuführnuten 39 sind so ausgelegt, daß ihre Drosselwirkung den Druckaufbau im Abstandsraum 20 nur unwesentlich verzögert, jedoch die doppelte Drosselwirkung zwischen den Druckkammern 32, 33 die Kurzschlußströmung vernachlässigbar klein hält. Die Drosselwirkung wird durch entsprechende Wahl der Überdeckung zwischen den Oberkanten 40 der Flügelaufnahmenut 16 und dem Ende 41 der Zuführnut 39 abgestimmt. Bei einer Zuführnut 39, die sich über die gesamte Länge der Schwenkflügel 15 erstreckt (in 2 gestrichelt dargestellt), müssen Breite und/oder Tiefe der Zuführnut 39 entsprechend ausgelegt werden.
Weitere Lösungen zur Druckölbeaufschlagung der Unterseiten 18 der Schwenkflügel 15 sind in den 3 bis 8 dargestellt, die einen vergrößerten Ausschnitt X aus 2 in jeweils modifizierter Form zeigen.
Bei der Lösung nach 3 sind die beiden Ringräume 25, 26 durch eine Axialbohrung 42 verbunden. Diese ist in der Ebene einer der Schwenkflügel 15 und parallel zu deren Unterseite 18 angeordnet. Sie kreuzt eine von der Mitte eines jeden Nutengrunds 19 ausgehende Radialbohrung 43. In der Axialbohrung 42 ist ein axial verschiebbarer und dichtend geführter Kolben 44 angeordnet, der die Radialbohrung 43 steuernd beherrscht und dessen Hub durch Axialanschläge beidseitig begrenzt ist. Das Drucköl fließt abwechselnd von einem der beiden Ringräume 25, 26 über die Axial- und Radialbohrung 42, 43 in den Abstandsraum 20 und beaufschlagt die Unterseite 18 des Schwenkflügels 15. Der Kolben 44 verhindert dabei eine Kurzschlußströmung vom jeweils druckbeaufschlagten in den druckentlasteten Ringraum 25, 26. Als Axialanschläge dienen ein hohlgebohrter, eingepreßter Sicherungsstopfen 45 und ein Absatz 46 am gegenüberliegenden Ende der Axialbohrung 42. Die Radialbohrungen 43 führen zu einer Verteilnut 47 im Außenumfang der Hülse 27, durch die die Unterseiten 18 der restlichen Schwenkflügel 15 mit Drucköl versorgt werden. Die in den Abstandsräumen 20 eingelegten Flügelandruckfedern 23 verhindern ein Absinken der Schwenkflügel 15 bei fehlendem Öldruck.
Bei der Lösung nach 4 ist der Raum unterhalb der Schwenkflügel 15 in zwei Teilräume 48 unterteilt, die gegeneinander abgedichtet und mit unterschiedlichen Ringräumen 25, 26 über Seitenkanäle 49 in dauernder Strömungsverbindung stehen. Die Unterteilung geschieht durch einen Zapfen 50, dessen Durchmesser gleich der Dicke der Schwenkflügel 15 ist und der senkrecht und in der Mitte auf deren Unterseite 18 angeordnet ist. Er wird in einer radialen Führungsbohrung 51 der Nabe 14 dichtend geführt. Er dient auch als Abstandselement, da seine Länge größer als die Tiefe der Führungsbohrung 51 ist und er somit auf deren Grund stößt, bevor die Unterseite 18 den Nutengrund 19 berührt. Bei dieser Lösung wird die Unterseite 18 der Schwenkflügel 15 zwar nur zur Hälfte und exzentrisch mit Drucköl beaufschlagt, dafür entfällt jedoch jegliche Steuerung der Ölzufuhr. Für die Teilräume 48 werden getrennte Flügelandruckfedern 23 verwendet, die auch hier ein Absenken der Schwenkflügel 15 bei fehlendem Öldruck verhindern.
Bei der Lösung nach 5 wird der Abstandsraum 20 mit den beiden Ringräumen 25, 26 durch je eine in den Nutengrund 19 eingebrachte Zuführöffnung 52 verbunden, die durch eine auf dem Nutengrund 19 liegende Ventilplatte 53 dicht abgedeckt und steuernd beherrscht sind. Die Ventilplatte 53 wird durch die Flügelandruckfeder 23 auf dem Nutengrund 19 gehalten. Bei dieser Lösung gelangt das Drucköl auf einfache Weise und ohne Leckage in den Abstandsraum 20.
Das gilt auch für die Lösung nach 6, bei der die Zufuhröffnungen 52 durch die flachen Enden 22 der spiegelbildlich eingebauten Flügelandruckfeder 23 dicht abgedeckt und steuernd beherrscht sind. Hierbei kann die Ventilplatte 53 entfallen, da ihre Funktion von der entsprechend ausgebildeten und angeordneten Flügelandruckfeder 23 wahrgenommen wird.
In 7 ist eine Lösung dargestellt, bei der ein mittig angeordnetes Abstandselement 21' vorgesehen ist, welches den Raum unterhalb des Schwenkflügels 15 in zwei andere Teilräume 48' aufteilt und welches zur Fixierung einer anderen Ventilplatte 53' dient, die die anderen Zufuhröffnungen 52' dicht abdeckt und steuernd beherrscht. Das mittig angeordnete Abstandselement 21' und die andere Ventilplatte 53' haben außerhalb des Bereichs der anderen Zufuhröffnungen 52' Seitenspiel gegenüber der Flügelaufnahmenut 16. Das gleiche gilt auch für die Flügelandruckfedern 23, 23' bzw. die Ventilplatten 53, 53' der 5 bis 8. Dadurch gelangt das Drucköl von den Zufuhröffnungen 52, 52' ungedrosselt in den Abstandsraum 20 bzw. in die anderen Teilräume 48' und zu der Unterseite 18. Die Lösung der 7 ist besonders montagefreundlich, da die Ventilplatte 53', deren Länge gleich der des Nutengrunds 19 ist, nur in einer Position auf den selben gelegt werden kann.
Bei der Lösung nach 8 steht das mittig angeordnete Abstandselement 21' in direktem Kontakt zum Nutengrund 19. In jedem der beiden anderen Teilräume 48' befindet sich eine zu den anderen Zufuhröffnungen 52' hin offene, U-förmige andere Flügelandruckfeder 23', deren auf der anderen Zufuhröffnung 52' liegender Federschenkel 54 diese dicht abdeckt und steuernd beherrscht. Somit ist die U-förmige Flügelandruckfeder 23' auch Verschlußelement für die anderen Zufuhröffnungen 52'.
Bei den Lösungen der 5 bis 8 bestehen die Flügelandruckfedern 23, 23' und die Ventilplatten 53, 53' aus Federstahl, der zweckmäßigerweise einen elastomeren Überzug trägt, um eine Abdichtung der Zufuhröffnungen 52, 52' auch bei nicht optimaler Oberflächenqualität des Nutengrunds 19 zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäßen Lösungen lassen sich auch auf Dichtleisten eines Schwenkflügelverstellers anwenden. Auch hier besteht die Gefahr eines Abhebens der Dichtleisten von den Dichtflächen des Außen- und Innenrotors. Dieser Gefahr läßt sich ebenfalls durch Beaufschlagung der Unterseiten der Dichtleisten mit Drucköl begegnen.
Die erfindungsgemäßen Lösungen sind nicht auf Drehwinkelversteller beschränkt, sondern können auch bei hydraulischen oder pneumatischen Schwenkmotoren bzw. Schwenkpumpen, beispielsweise bei Flügelzellenpumpen od. dgl., Anwendung finden.

1: Außenrotor
2: Innenrotor
3: Umfangsteil
4: erste Seitenwand
5: zweite Seitenwand
6: kreiszylindrische Außenfläche
7: kreiszylindrische Innenfläche
8: Trennkörper
9: erste Seitenfläche
10: zweite Seitenfläche
11: Drehachse
12: Verzahnung
13: Schraube
14: Nabe
15: Schwenkflügel
16: Flügelaufnahmenut
17: Innenfläche
18: Unterseite
19: Nutengrund
20: Abstandsraum
21: Abstandselement
21': mittiges Abstandselement
22: flaches Ende
23: Flügelandruckfeder
23': andere Flügelandruckfeder
24: Mittenbohrung
25: erster Ringraum
26: zweiter Ringraum
27: Hülse
28: nockenwellenfernes Ende
29: Druckring
30: radiale Ölzufuhrbohrung
31: Arbeitsraum
32: erste Druckkammer
33: zweite Druckkammer
34: Ölversorgungsbohrung
35: Fixierpin
36: Druckfeder
37: Sacköffnung
38: Arbeitsfläche
39: Zuführnut
40: Oberkante
41: Ende der Zuführnut
42: Axialbohrung
43: Radialbohrung
44: Kolben
45: hohlgebohrter Sicherungsstopfen
46: Absatz
47: Verteilnut
48: Teilraum
48': anderer Teilraum
49: Seitenkanal
50: Zapfen
51: Führungsbohrung
52: Zufuhröffnung
52': andere Zufuhröffnung
53: Ventilplatte
53': andere Ventilplatte
54: Federschenkel

Claims

Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein Flügelzellenversteller, welche im wesentlichen folgende Merkmale aufweist: – die Vorrichtung besteht aus einem von der Kurbelwelle angetriebenen Außenrotor (1) und einem koaxial zu diesem angeordneten Innenrotor (2), der mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist und mit dem Außenrotor (1) eine gemeinsame Drehachse (11) aufweist; – innerhalb des Außenrotors (1) ist mindestens ein hydraulischer Arbeitsraum (31) vorgesehen, der durch einen Schwenkflügel (15) des Innenrotors (2) in eine erste und zweite Druckkammer (32, 33) unterteilt ist; – die Druckkammern (32, 33) stehen mit zwei Ringräumen (25, 26) in Strömungsverbindung und werden von diesen abwechselnd oder gleichzeitig mit Drucköl versorgt; – der Innenrotor (2) weist eine kreiszylindrische Nabe (14) auf, die mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist; – in der Nabe (14) sind die radial stehenden Schwenkflügel (15) in Flügelaufnahmenuten (16) im Wesentlichen dichtend geführt; – zwischen einem Nutengrund (19) der Flügelaufnahmenuten (16) und einer Unterseite (18) der Schwenkflügel (15) ist ein Abstandsraum (20) für Flügelandruckfedern (23) vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, daß – die Unterseiten (18) der Schwenkflügel (15) bei laufendem Verbrennungsmotor mit Drucköl beaufschlagt sind, wobei das Drucköl den Druckkammern (32, 33) entnommen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucköl entlang von Nuten in die Abstandsräume geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseiten (18) der Schwenkflügel (15) in Strömungsverbindung mit den Versorgungsleitungen der Druckkammern (32, 33), insbesondere mit im Innenrotor (2) angeordneten Ringräumen (25, 26) stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arbeitsflächen (38) der Schwenkflügel (15) vorzugsweise radiale und mittige Zuführnuten (39) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführnuten (39) bei eingebauten Schwenkflügeln (15) von deren Unterseite (18) zumindest bis in den Bereich der Oberkanten (40) der Flügelaufnahmenuten (16) reichen.
Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein Flügelzellenversteller, welche im wesentlichen folgende Merkmale aufweist: – die Vorrichtung besteht aus einem von der Kurbelwelle angetriebenen Außenrotor (1) und einem koaxial zu diesem angeordneten Innenrotor (2), der mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist und mit dem Außenrotor (1) eine gemeinsame Drehachse (11) aufweist; – innerhalb des Außenrotors (1) ist mindestens ein hydraulischer Arbeitsraum (31) vorgesehen, der durch einen Schwenkflügel (15) des Innenrotors (2) in eine erste und zweite Druckkammer (32, 33) unterteilt ist; – die Druckkammern (32, 33) stehen mit zwei Ringräumen (25, 26) in Strömungsverbindung und werden von diesen abwechselnd oder gleichzeitig mit Drucköl versorgt; – der Innenrotor (2) weist eine kreiszylindrische Nabe (14) auf, die mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist; – in der Nabe (14) sind die radial stehenden Schwenkflügel (15) in Flügelaufnahmenuten (16) im Wesentlichen dichtend geführt; – zwischen einem Nutengrund (19) der Flügelaufnahmenuten (16) und einer Unterseite (18) der Schwenkflügel (15) ist ein Abstandsraum (20) für Flügelandruckfedern (23) vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, daß – der Abstandsraum (20) zwei untereinander abgedichtete Teilräume (48) aufweist, die mit unterschiedlichen Ringräumen (25, 26) in dauernder Strömungsverbindung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkflügel (15) einen Zapfen (50) mit einem Durchmesser ihrer Dicke aufweisen, der rechtwinklig und mittig auf deren Unterseite (18) angeordnet und in einer radialen Führungsbohrung (51) der Nabe (14) des Innenrotors (2) dichtend geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (50) eine größere Länge als die Führungsbohrung (51) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhröffnungen (52) bevorzugt durch die flachen Enden (22) der spiegelbildlich eingebauten Flügelandruckfeder (23) dicht abgedeckt und steuernd beherrscht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mittig angeordnete Abstandselement (21') in direktem Kontakt zum Nutengrund (19) steht und in jedem der beiden anderen Teilräume (48') eine zu den anderen Zufuhröffnungen (52') hin offene, U-förmige andere Flügelandruckfeder (23') vorgesehen ist, deren auf der anderen Zufuhröffnung (52') liegender Federschenkel (54) diese dicht abdeckt und steuernd beherrscht.