Nockenwellenversteller

Beschreibung

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 eben- falls untereinander verbunden, wobei sich der Rotor koaxial zum Stator und innerhalb des Stators befindet. Rotor und Stator weisen radiale Flügel auf, die untereinander gegensätzlich wirkende Ölkammern ausprägen, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor ermöglichen. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Ab- dichtdeckel auf. Der Verbund von Stator, Antriebsrad und Abdichtdeckel wird über mehrere Schraubenverbindungen gesichert.

Die US 2009/0173297 A1 zeigt einen hydraulisch betätigbaren Nockenwellenversteller, der ein Antriebsrad und koaxial dazu einen Stator mit zwei zum Sta- tor konzentrisch angeordneten Rotoren aufweist. Dabei kann der Stator einteilig oder aus mehreren Bauelementen ausgebildet sein. Die Rotoren und der Stator besitzen radial gerichtete Flügel. Damit bildet der Stator mit den Rotoren Arbeitskammern aus, die mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar sind, so dass eine Relativdrehung um die Drehachse des Nockenwellenverstellers zwischen dem jeweiligen Rotor und dem Stator erfolgt. Eine zwischen den Rotoren angeordnete Trennwand als Bestandteil des Stators teilt die Rotoren axial voneinander ab. Jeder Rotor kann mit einer Nockenwelle verbunden sein. In dem Fall ist die Nockenwelle als Hohlwelle ausgebildet, während die andere aus Vollmaterial besteht. Beide Nockenwellen sind konzentrisch zueinander angeordnet. Die den Nockenwellen entsprechend zugeordneten Nocken sind mit ihrer Nockenwelle derart verbunden, so dass eine umfangsseitige Relativdrehung der Nocken bzw. der jeweiligen Nockenwellen zueinander stattfinden kann und somit die Steuerzeiten der den Nocken zugeordneten Ein- und Auslassventile stufenlos und variabel einstellbar sind.

Die Flügel der Rotoren und die Flügel des Stators weisen eine bestimmte Fläche auf, die bei Befüllung der Arbeitskammern mit Hydraulikmittel einem Druck ausgesetzt sind und somit einer Kraft in Umfangsrichtung, woraus die Relativdrehung resultiert. Das Ansprechverhalten eines solchen hydraulischen Nockenwellenverstellers wird durch diese Fläche und den Druck des Hydraulikmittels, welcher durch eine Druckmittelpumpe generiert wird, bestimmt.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine besonders kompakte Bauform aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das Antriebselement und die Abtriebselemente weisen grundsätzlich jeweils zwei Stirnflächen auf, die weitestgehend senkrecht zur Drehachse des Nockenwellenverstellers angeordnet sind. Zwischen den Stirnflächen wird das Element durch eine Mantelfläche begrenzt und bildet eine zylindrische Nabe. Von dieser Mantelfläche aus erstrecken sich in radialer Richtung mehrere Flü- gel, welche zur Ausbildung von Arbeitskammern derartig angeordnet sind, dass sich bei Bedruckung der Arbeitskammern mit Hydraulikmittel der umfangsseiti- ge Abstand zwischen einem Flügelpaar ändert und eine relative Drehbewegung zwischen dem Antriebselement und den Abtriebselementen ermöglicht wird. Die Anordnung der Flügel auf der Mantelfläche ähnelt einer Stern- oder Blumenform. Die Zwischenräume der Flügel sind in axialer Richtung von Scheiben begrenzt, welche mit dem jeweiligen Abtriebselement oder dem Antriebselement mittelbar oder unmittelbar, drehfest verbunden sind. Erfindungsgemäß ragen die Flügel des ersten Abtriebselementes axial über eine zur Stirnfläche parallel versetzte Fläche des ersten Abtriebselementes hinaus und überdecken eine Mantelfläche des zweiten Abtriebselementes bzw., durch die analoge Gestalt zum ersten Abtriebselement, dessen Nabe. Die Flügel des zweiten Abtriebselementes erstrecken sich dabei in axialer Richtung nicht wesentlich über ihre stirnseitigen Begrenzungen hinaus. Die Flügel des Antriebselements erstrecken sich somit über die Mantelflächen beider Abtriebselemente, wobei die Abtriebselemente entlang der Drehachse koaxial hintereinander angeordnet sind. Die Flügel des Antriebselementes bilden mit den Flügeln des ersten Abtriebselementes ein Flügelpaar aus, welche druck- beaufschlagt mit Hydraulikmittel das erste Abtriebselement mit dem Antriebselement verdreht. Die Flügel des zweiten Abtriebselementes bilden mit den Flügeln des Antriebselementes ein weiteres Flügelpaar aus, welches druckbeaufschlagt mit Hydraulikmittel das zweite Abtriebselement mit dem Antriebselement verdreht. Durch die Unabhängigkeit der Flügelpaare sind die Arbeits- kammern vorteilhafterweise unabhängig mit Hydraulikmittel ansteuer- und be- füllbar und realisieren eine voneinander unabhängige, relative Drehbewegung eines jeden Abtriebselements zum Antriebselement. Von Vorteil ist die übergreifende, verschachtelnde Anordnung der Flügel an dem Abtriebselement und die Reduzierung des axialen Bauraumes.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Flügel des zweiten Abtriebselementes ebenso axial über die Mantelfläche des ersten Abtriebselementes, wie die Flügel des ersten Abtriebselementes über die Mantel- fläche des zweiten Abtriebselementes. Das Antriebselement überdeckt hierbei axial beide Abtriebselemente. Hierdurch wird erreicht, dass der Bauraum in axialer Richtung durch das Übereinandergreifen beider Abtriebselemente weiter reduziert wird.

Weiterhin kann bei gleichbleibenden Bauraum vorteilhafterweise mehr druckwirksame Fläche der Flügel zur Verfügung gestellt werden, wodurch die Leistungsanforderung an die Pumpe zur Förderung von Hydraulikmittel, welches zur hydraulischen Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer verwendet wird, reduziert wird. Bei einer größeren Wirkungsfläche der Flügel kann die Pumpe kleiner dimensioniert werden, weswegen sich der Einsatz in kleineren Verbrennungsmotoren anbietet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Abtriebselement zwischen seinen Stirnflächen eine dazu parallel versetzte Kontaktfläche auf. Die versetzte Kontaktfläche steht in unmittelbarem Kontakt mit einer axial aufeinanderfolgenden Fläche des zweiten Abtriebselementes. Somit sind die beiden Abtriebselemente axial verschachtelt angeordnet. Vorteilhafterweise ist diese Kontaktfläche im Bereich der Nabe der Abtriebselemente platziert. Die parallel versetzte Kontaktfläche hat eine weitere Mantelfläche zur Folge, welche weitestgehend vollständig umlaufend in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Die Kontaktfläche kann alternativ außerhalb der Stirnflächen angeordnet sein, wonach ein zapfenähnlicher Vorsprung ausgebildet wird, über welchen die beiden Abtriebselemente zueinander zentriert und koaxial angeordnet werden.

In einer optionalen Ausgestaltung ist die Kontaktfläche, mit der sich beide Abtriebselemente berühren, mit Dichtmitteln versehen. Somit kann über diese Kontaktfläche kein Hydraulikmittel übertragen werden. Die Kontaktfläche kann als kreisringförmige ebene Fläche ausgebildet sein. Unter kreisringförmig kann als Sonderfall auch kreisförmig verstanden werden. Alternativ kann die Kontaktfläche auch nicht eben bzw. nicht senkrecht zur Drehachse ausgebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Abtriebselemente jeweils durch ein Federmittel mit dem Antriebselement zumindest in einem bestimmten Winkelbereich verspannt. Dies hat zum Vorteil, dass bei nicht vor- herrschenden Druck des Hydraulikmittels das jeweilige Abtriebselement in eine Ruheposition, bzw. in eine Verriegelungsposition, zum Antriebselement bewegt wird. Als Federmittel kommen hauptsächlich Drehfedern bzw. Spiralfedern in Betracht. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Nockenwellenversteller einen Verriegelungsmechanismus auf, welcher ein Abtriebselement mit dem Antriebselement im Verriegelungsfall koppelt und somit drehfest miteinander verbindet, und im Entriegelungsfall entkoppelt und somit eine relative Drehbewegung des jeweiligen Abtriebselementes zum Antriebselement ermöglicht. Sol- che Verriegelungsmechanismen sichern die Position des Abtriebselementes zum Antriebselement im unbedruckten Zustand der Arbeitskammern.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung weist eines der Abtriebselemente den Verriegelungsmechanismus auf. Der Verriegelungsmechanismus kann dabei in einem Flügel des Abtriebselementes oder in der Nabe des Abtriebselementes angeordnet sein. Das Antriebselement weist eine Kulisse auf, mit der ein verschiebbares Verriegelungselement in Eingriff gebracht wird, um eine relative Drehbewegung zu sperren. Die Anordnung des Verriegelungsmechanismus im Bereich der Nabe ist von Vorteil, da mit dieser Ausgestaltung die Flügel des Abtriebselementes in ihrer umfangsseitigen Erstreckung dünn ausgebildet und somit große Verdrehwinkel bei einer Relativdrehung realisiert werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Flügel mit, in radialer Richtung federnd ausgebildeten, Dichtmitteln ausgestattet. Diese Dichtmittel dichten die Arbeitskammern voneinander ab und erhöhen somit durch die Reduzierung der internen Leckage die Effizienz des Nockenwellenverstellers. Dabei ist vorteilhaft, dass die Anfederung der Dichtmittel Toleranzen und Spiel in radialer Richtung ausgleicht.

In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung der Ab- triebselemente mit dem Antriebselement lassen sich die Abtriebselemente mit jeweils zugeordneten Nockenwellen verbinden. Die Nockenwellen sind konzentrisch angeordnet, wobei die äußere Nockenwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die innere Nockenwelle als Hohlwelle oder aus Vollmaterial ausgebildet ist. Das Antriebselement steht, beispielsweise per Zugmittelgetriebe, in Wirkver- bindung mit der Kurbelwelle. Jede Nockenwelle besitzt eine Gruppe von Nocken für eine bestimmte Funktion, beispielsweise hat eine Nockenwelle die Nocken für die Auslassventile und die andere Nockenwelle die Nocken für die Einlassventile. Die Nocken für die innere Nockenwelle sind auf der äußeren Hohlwelle gelagert, jedoch mittels einer Stiftverbindung mit der inneren No- ckenwelle drehfest verbunden. Die Stiftverbindung ragt dabei durch Langlöcher der äußeren Hohlwelle hindurch. Die mechanischen Verbindungen der Abtriebselemente mit den entsprechenden Nockenwellen sind kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig realisiert. In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden durch die relative Drehbewegung der Abtriebselemente zueinander sowohl die zugehörigen Nockenwellen zueinander verdreht, wodurch eine Ventilhubüberschneidung realisiert werden kann, als auch die Abtriebselemente relativ zum Antriebselement, was die Veränderung der Steuerzeiten zur Kurbelwelle zur Fol- ge hat.

Die vorteilhafte Anordnung ist auf stark begrenzten Bauräumen realisierbar und das im Verbrennungsmotor vorhandene Hydraulikmittel wird idealerweise zur Verstellung des Nockenwellenverstellers verwendet. Es steht ein Nockenwel- lenversteller zur Verfügung, welcher an ein Nockenwellenverstellsystem angeschlossen werden kann, wodurch Nockenpaare zur Veränderung der Ventilhubüberschneidung gegeneinander verdreht werden können und zusätzlich die Nockenwellen mit dem Antriebselement, das in Wirkverbindung mit der Kur- beiwelle steht, für eine Steuerzeitverstellung zur Kolbenposition verstellt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller im Längsschnitt ent- lang der Drehachse des Nockenwellenverstellers und

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller im Querschnitt senkrecht zur Drehachse des Nockenwellenverstellers.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Längsschnitt entlang der Drehachse 5 des Nockenwellenverstellers 1 . Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebselement 2, zwei Abtriebselemente 3 und 4, zwei Scheiben 15, mehrere Dichtelemente 17 sowie jeweils die den Abtriebs- elementen zugeordneten Verriegelungsmechanismen 14 auf. Das Antriebselement 2 hat an der äußeren Mantelfläche einen Zahnkranz zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten Zugmittels. Das Antriebselement 2 weist weiterhin mehrere, sich in radialer Richtung 20 erstreckende Flügel 6 auf. Konzentrisch zum Antriebselement 2 sind die Abtriebselemente 3 und 4 angeordnet. Die Abtriebselemente 3 und 4 weisen ebenfalls mehrere, sich in radialer Richtung erstreckende Flügel 6 auf. Die Flügel 6 der Abtriebselemente 3 und 4 prägen jeweils mit dem Antriebselement 2 mehrere Arbeitskammern A, B, C, D aus. Zumindest ein Flügel 6 des Abtriebselementes 3 weist einen Verriegelungsmechanismus 14 auf. In axialer Richtung 7 ist das Antriebselement 3 in seinen äußeren Abmessungen durch die Stirnflächen 9 begrenzt. Zwischen diesen Stirnflächen 9 hat das Abtriebselement 3 eine parallel versetzte Kontaktfläche 10. Das Abtriebselement 3 ist mit seiner Nabe drehfest an einer inneren Nockenwelle 18 befestigt. Das Abtriebselement 4 weist ebenfalls mehrere radial gerichtete Flügel 6 auf, wobei zumindest ein Flügel 6 einen Verriegelungsmechanismus 14 aufweist. Die Verriegelungsmechanismen 14 sind parallel zur Drehachse 15 angeordnet und mit einem Koppelkolben und einem nicht dargestellten Federelement ausgebildet. Zwischen dem Abtriebselement 3 und 4 sind Dichtmittel 17 angeordnet. Diese Dichtmittel 17 dienen dazu, die hier nicht aufgezeigten Arbeitskammern weitestgehend öldicht voneinander abzutrennen. Das Abtriebselement 4 weist ebenfalls eine zwischen deren Stirnflächen angeordnete, parallel versetzte Fläche 1 1 auf, die in unmittelbarem Kontakt mit der Kontaktfläche 10 des Abtriebselement ist 3 steht. Das Abtriebselement 4 ist drehfest mit der äußeren Nockenwelle 19 verbunden. Der Nockenwellenvers- teller 1 wird axial durch zwei Scheiben 15 flankiert. Diese Scheiben 15 weisen Kulissenaufnahmen auf, in die die Koppelkolben der Verriegelungsmechanismen einriegeln können, um somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem jeweiligen Abtriebselement 3 oder 4 und dem Antriebselement 2 herzustellen. Fig. 1 veranschaulicht die verriegelte Position des Koppelkolbens des Verriegelungsmechanismus 14. Die Abtriebselemente 3 und 4 weisen an der no- ckenwellenabgewandten Stirnseite Entlüftungskanäle 16 auf, die Fremdstoffe aus den Verriegelungsmechanismen 14, speziell dem Federraum, in dem eine Verriegelungsfeder angeordnet ist, an die Umwelt abgibt bzw. aus den No- ckenwellenversteller abführt. Diese Entlüftungskanäle 16 sind durch die axial, flächige Anordnung von dem jeweiligen Abtriebselement 3 oder 4 mit der no- ckenwellenabgewandten Scheibe 15 gebildet und erstrecken sich in radialer Richtung.

Die Flügel 6 des Abtriebselementes 3 erstrecken sich in axialer Richtung 7 über eine Mantelfläche 8 des Abtriebselementes 4. Gleichenfalls erstrecken sich die Flügel 6 des Abtriebselementes 4 über eine Mantelfläche 8 des Abtriebselementes 3. In diesem Bereich der Überdeckung sind die Dichtmittel 17 im radialen Spalt zwischen Flügel 6 und Mantelfläche 8 angeordnet. Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Querschnitt senkrecht zur Drehachse 5 des Nockenwellenverstellers 1 . In dieser Darstellung wird die Ausbildung der Arbeitskammern A, B, C, D durch die Abtriebselemente 3 und 4 mit dem Antriebselement 2 veranschaulicht. Jeder Flügel 6 eines Abtriebselementes 3 oder 4 bildet mit einem Flügelpaar des Antriebselementes 2 zwei Arbeitskammern aus. So definiert der Flügel 6 des Abtriebselementes 3 mit den Flügeln 6 des Antriebselementes 2 die Arbeitskammern A und B. Das Abtriebselement 4 bildet hingegen auf vergleichbare Weise mit dem Antriebselement 2 die Arbeitskammern C und D aus. Die radialen, äußeren Enden der Flügel 6 der Abtriebselemente 3 und 4 besitzen Dichtmittel 17, die die Arbeitskammern öldicht abtrennen. Weiterhin weist der Nockenwellen- versteller 1 zumindest zwischen einem Abtriebselement 3 oder 4 mit dem Antriebselement 2 ein Federelement 13 in Umfangsrichtung 12 auf. Hier sind bei- de Abtriebselemente 3 und 4 jeweils über ein Federelement 13 mit dem Antriebselement 2 verspannt.

Bei einer Befüllung der Arbeitskammer A oder B mit Hydraulikmittel kann somit das Abtriebselement 3 zum Antriebselement 2 relativverdreht werden. Die Befüllung der Arbeitskammern C und D mit Hydraulikmittel resultiert in einer Relativdrehung zwischen dem Abtriebselement 4 und dem Antriebselement 2.

Liste der Bezugszahlen

1 ) Nockenwellenversteller

) Antriebselement

) erstes Abtriebselement

) zweites Abtriebselement

5) Drehachse

6) Flügel

7) axiale Richtung

8) Mantelfläche

9) Stirnfläche

10) Kontaktfläche

1 1 ) Fläche

12) Umfangsrichtung

13) Federelement

4) Verriegelungsmechanismus

15) Scheibe

16) Entlüftungskanal

17) Dichtungen

18) erste Nockenwelle

19) zweite Nockenwelle

20) radiale Richtung

A) Arbeitskammer

B) Arbeitskammer

C) Arbeitskammer

D) Arbeitskammer