Nockenwellenversteller

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.

Hintergrund der Erfindung

Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwel- lenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein. Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteils- richtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.

Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenvers- teller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als„gesteckte Flügel" in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert. Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt. Die DE 102 53 496 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit zwei Verriegelungsmechanismen. Diese greifen in ihre jeweilige Nut ein und definieren zusammen eine Mittenposition innerhalb des Verstellbereichs des Nockenwellen- verstellers. Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine platzsparende Anordnung von Verriegelungen aufweist.

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

Hierdurch wird vermieden, dass sich ein Zufuhrkanal einer Verriegelungskulis- sen eines Verriegelungsmechanismus bei einer Relativdrehung des Antriebselementes zum Abtriebselement mit einem weiteren Zufuhrkanal einer weiteren Verriegelungskulisse eines weiteren Verriegelungsmechanismus überlappt. Daraus wird erreicht, dass verschiedene Druckniveaus für verschiedene Verriegelungsmechanismen zugeordnet werden können und im Betrieb des No- ckenwellenverstellers weiterhin einer zuverlässigen eineindeutigen Zuordnung unterliegen. Dies ist vorteilhaft zur Vereinheitlichung der Verriegelungsmechanismen bzw. deren Komponenten, insbesondere der Verriegelungsfedern und der Verriegelungspins. Durch die Anordnung der Verriegelungsmechanismen mit voneinander verschiedenen Abständen der jeweiligen Verriegelungsachse zur Drehachse des Nockenwellenverstellers, können diese radial aufeinanderfolgend angeordnet werden.

Die Verriegelungsmechanismen sind in einer Aufnahme des Antriebselements, des Abtriebselements, oder an einem mit einem dieser Bauteile drehfest befes- tigten Bauteil, insbesondere einem Seitendeckel, angeordnet. Die Aufnahme ist als Durchgangsöffnung, insbesondere als Bohrung, oder als Sackloch, insbesondere als Sacklochbohrung, ausgebildet.

Erfindungsgemäß sind die verschiedenen Abstände derart zu verstehen, dass der direkte Abstand zwischen der jeweiligen Verriegelungsachse zur Drehachse des Nockenwellenverstellers und der direkte Abstand einer anderen Verriegelungsachse zur Drehachse des Nockenwellenverstellers verschieden lang bzw. kurz ist. Sollte sich kein direkter Abstand ermitteln lassen, z.B. wenn sich die Verriegelungsachse mit der Drehachse schneidet, dann ist der Abstand in eine Schnittebene des Verriegelungsmechanismus zu projezieren. Die Schnittebenen sind dazu weitestgehend senkrecht zur Drehachse des Nockenwellen- versteller zu bilden, wobei zur Abstandsermittlung mit der Drehachse derjenige Punkt betrachtet wird, welcher den Übergang des Verriegelungsmechanismus vom entriegelten in den verriegelten Zustand definiert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Verriegelungsachsen parallel zur Drehachse des Nockenwellenverstellers angeordnet. Vorteilhafterweise ist der Aufwand zur Herstellung der Aufnahmen für Verriegelungspin, Verriegelungsfeder etc. der Verriegelungsmechanismen hierbei gering. Parallele Ausrichtungen der Verriegelungsachsen sind funktionell bevorzugt, denn so werden im verriegelten Zustand Kräfte in Richtung der Verriegelungsachsen vermieden, welche ein unkontrolliertes Entriegeln hervorrufen können.

Die Verriegelungsachsen können alternativ windschief zur Drehachse des Nockenwellenverstellers angeordnet sein. Diese komplexere Anordnung kann den vorhandenen Bauraum vorteilhafterweise besser nutzen. In einer Ausbildung der Erfindung sind die Verriegelungsmechanismen rotationssymmetrisch ausgebildet. Dieser Verriegelungsmechanismus mit seinen Bauteilen, insbesondere dem Verriegelungspin und der Verriegelungsfeder, sind kostengünstig zu fertigen und können sich in der Aufnahme des Verriegelungsmechanismus um ihre eigene Achse (Verriegelungsachse) drehen, um den Verschleiß beim Verriegeln auf den Umfang des Verriegelungspins zu verteilen. Somit erhöht sich die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Verriegelungsmechanismus.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Verriegelungsmechanismen je- weils einen Verriegelungspin und jeweils eine Verriegelungsfeder auf. Eine reduzierte Teilevielfalt und die erhöhte Stückzahl senkt die Kosten der einzelnen Bauteile. Alternativ kann eine Verriegelungsfeder für mehrere Verriegelungspins vorgesehen sein. Verriegelungsfedern können Blattfedern, Spiralfedern, Druckfedern, Tellerfedern oder andere elastische Elemente sein. Jedem Verriegelungspin steht eine Verriegelungskulisse gegenüber, die den Verriegelungspin im verriegelten Zustand aufnehmen kann. Die Verriegelungsfeder drängt ohne das Vorhandensein von Hydraulikmitteldruck den Verriegelungspin in diese Verriegelungskulisse. Dazu kann sich die Verriegelungsfeder mit ihrem dem Verriegelungspin gegenüberliegenden Ende an der Aufnahme für den Verriegelungsmechanismus selbst abstützen oder an einem separaten Bauteil, insbesondere einer Verriegelungspatrone. Wirkt ein Hydraulikmitteldruck auf den Verriegelungspin, so wird die Verriegelungsfeder gespannt, der Verriege- lungspin verlässt die Verriegelungskulisse und geht in den entriegelten Zustand über.

In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert ein Verriegelungsmechanismus in seinem verriegelten Zustand eine relative Winkellage des Antriebselements zum Abtriebselement, bei der diejenigen Flügel, welche ein gegensätzlich wirkendes Paar von Arbeitskammern abteilen, voneinander beabstandet sind. Vorteilhafterweise kann ein anderer Verriegelungsmechanismus eine weitere, von dieser verschiedene, relative Winkellage definieren, z.B. maximal„Früh" oder maximal„Spät". In diesen Extremlagen, kontaktieren sich zwei Flügel na- hezu einander. Eine Verriegelung in den Extremlagen sichert das Antriebselement zum Abtriebselement bei nicht vorhandenem Hydraulikmitteldruck in den Arbeitskammern, insbesondere bei Motorstart. Idealerweise ist die relative Winkellage, bei der diejenigen Flügel, welche ein gegensätzlich wirkendes Paar von Arbeitskammern abteilen, voneinander beabstandet sind, annähernd die Mitte des Verstellbereichs des Nockenwellenverstellers.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung definieren mehrere Verriegelungsmechanismen in ihren verriegelten Zuständen eine relative Winkellage des Antriebselements zum Abtriebselement, bei der diejenigen Flügel, welche ein gegensätzlich wirkendes Paar von Arbeitskammern abteilen, voneinander beabstandet sind. Bevorzugterweise ist diese relative Winkellage annähernd die Mitte des Verstellbereichs des Nockenwellenverstellers. Mehrere Verriegelungsmechanismen erhöhen die Zuverlässigkeit des Verriegeins in dieser Win- kellage. Sollte ein Verriegelungsnnechanisnnus nicht fähig sein, in seine entsprechende Verriegelungskulisse einzuriegeln, dann kann dies durch den weiteren Verriegelungsnnechanisnnus in seine entsprechende Verriegelungskulisse geschehen. Die jeweilige Verriegelungskulisse kann als Bohrung oder als Nut ausgebildet sein. Über die Verriegelungskulisse wird dem Verriegelungsnnechanisnnus Hydraulikmittel unter Druck hinzugefügt, so dass ein Entriegeln stattfinden kann.

In einer Ausbildung der Erfindung sind die den Verriegelungsmechanismen zu- gehörigen Verriegelungskulissen an separaten Bauteilen des Nockenwellen- verstellers ausgebildet. Die jeweilige Verriegelungskulisse ist als Materialaussparung, als Bohrung oder als Nut, vorzugsweise als eine in ihrer Tiefe gestufte Nut, ausgebildet. Zur Verriegelungskulisse erstreckt sich ein Hydraulikmittelkanal, mittels welchem Hydraulikmittel der Verriegelungskulisse zugeführt wer- den kann. Eine Ausbildung an verschiedenen Bauteilen ist vorteilhaft, um die Hydraulikmittelversorgung noch gezielter voneinander getrennt zu halten und Dichtlängen zwischen den Hydraulikmittelkanälen zu erhöhen. Die separaten Bauteile können sich idealerweise einander ähneln, z.B. zwei Seitendeckel eines Nockenwellenverstellers.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die den Verriegelungsmechanismen zugehörigen Verriegelungskulissen an demselben Bauteil des Nockenwellenverstellers ausgebildet. Die jeweilige Verriegelungskulisse ist als Materialaussparung, als Bohrung oder als Nut, vorzugsweise als eine in ihrer Tiefe gestufte Nut, ausgebildet. Zur Verriegelungskulisse erstreckt sich ein Hydraulikmittelkanal, mittels welchem Hydraulikmittel der Verriegelungskulisse zugeführt werden kann. Eine Ausbildung an demselben Bauteil senkt die Her- stellungsaufwand und nutzt den vorhandenen Bauraum effizienter. So lassen sich bevorzugterweise mehrere Funktionen in ein Bauteil integrieren.

In einer bevorzugten weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Bauteil ein Seitendeckel oder das Antriebselement des Nockenwellenverstellers, an dem die den Verriegelungsmechanismen zugehörigen Verriegelungskulissen ausgebil- det sind. Die Verriegelungsmechanismen sind dazu am Abthebselement angeordnet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Verriegelungsmechanismus inner- halb eines Flügels angeordnet und ein anderer Verriegelungsmechanismus außerhalb eines Flügels angeordnet, vorteilhafterweise im Bereich der Nabe des Abtriebselements. Andere Möglichkeiten für die Platzierung des anderen Verriegelungsmechanismus sind z.B. Antriebselement, Seitendeckel, Nockenwelle, etc. Ein solche Anordnung ermöglicht nicht nur die Teilkreise des Verrie- gelungsmechanismen verschieden zueinander auszubilden, sondern auch bevorzugterweise die Winkelpositionen zueinander in Verstellrichtung des No- ckenwellenversteller voneinander verschieden anzuordnen. Diese Anordnung erhöht die Dichtlängen zwischen den Verriegelungsmechanismen und nutzt effizient den vorhandenen Bauraum. Weiter ist vorteilhaft, dass lediglich ein Flü- gel den Bauraum für einen Verriegelungsmechanismus aufweisen muss, die verbleibenden Flügel können sehr dünn gestaltet werden, was den Verstellbereich des Nockenwellenverstellers erhöht.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von mehreren Verriegelungsmecha- nismen wird eine erhöhte Bauraumeffizienz für die Anordnung der Zufuhrkanäle zur Ansteuerung der Verriegelungsmechanismen erreicht.

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

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller im Längsschnitt, Fig. 2 den Seitendeckel des Nockenwellenverstellers nach Fig. 1 und Fig. 3 das Abtriebselement des Nockenwellenverstellers nach Fig. 1 . Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Längs- schnitt. Der Nockenwellenversteller 1 beinhaltet ein Antriebselement 2, ein Abtriebselement 3, einen Seitendeckel 1 1 und ein Antriebsrad 12, welche alle dieselbe Drehachse 7 des Nockenwellenverstellers 1 haben. Das Antriebselement

2 ist mit dem Antriebsrad 12 und dem Seitendeckel 1 1 drehfest verbunden. Das Antriebsrad weist an seinem äußeren Durchmesser eine Verzahnung auf, wel- che mit einem Zugmittel in Eingriff gebracht werden kann. Das Abtriebselement

3 ist relativ zum Antriebselement 2 innerhalb eines Winkelbereichs verdrehbar angeordnet. Bekanntermaßen aus dem Stand der Technik besitzen Abtriebselement 3 und Antriebselement 2 mehrere am Umfang verteilte Flügel 4, welche gegensätzlich wirkende Arbeitskammer A und B abteilen, die wiederum mit Hydraulikmittel befüll- und entleerbar sind, damit eine Relativdrehung von Abtriebselement 3 zum Antriebselement 2 stattfinden kann.

Das Abtriebselement 3 weist eine Nabe 16 auf, von welcher sich die Flügel 4 in radialer Richtung erstrecken. Innerhalb dieser Nabe 16 ist eine Verriegelungs- aufnähme 15 angeordnet, welche einen Verriegelungsmechanismus 5 aufweist. Der Verriegelungsmechanismus 5 beinhaltet einen Verriegelungspin 8, eine Verriegelungsfeder 9 und eine Verriegelungspatrone 14. Die Verriegelungsaufnahme 15 ist als Durchgangsbohrung ausgebildet. Die Verriegelungsfeder 9 steht unter Vorspannung und drückt den Verriegelungspin 8 und die Verriege- lungspatrone 14 entlang der Verriegelungsachse 6 auseinander. Der Verriegelungspin 8 greift in eine für diesen vorgesehene Verriegelungskulisse 10 ein. Die Verriegelungspatrone 14 stützt sich an einer Stirnseite des Antriebsrades 12 ab. Der Verriegelungsmechanismus 5 ist rotationssymmetrisch ausgebildet, wodurch die Verriegelungsachse 6 gleich der Symmetrieachse des Verriege- lungsmechanismus ist. Bei nichtrotationssymmetrischen Verriegelungsmechanismen 5 ist die Verriegelungsachse 6 diejenige, entlang deren Richtung der Verriegelungspin 8 zum Eingriff in seine Verriegelungskulisse 10 gedrängt wird, bzw. bewegt wird. Innerhalb eines Flügels 4 des Abtriebselements 3 ist eine weitere Verriege- lungsaufnahme 15 vorgesehen, in welcher ein weiterer Verriegelungsnnechanisnnus 5 aufgenonnnnen ist. Dieser weitere Verriegelungsnnechanisnnus 5 ist baugleich zum erstgenannten Verriegelungsmechanismus 5 in der Nabe 16. Die Verriegelungskulisse 10 des im Flügel 4 angeordneten Verriegelungsmechanismus 5 besitzt einen Hydraulikmittelkanal 13 zur Befüllung dieser Verriegelungskulisse 10 mit Hydraulikmittel, wodurch dessen Verriegelungspin 8 aus der Verriegelungskulisse 10 heraus, entlang seiner Verriegelungsachse 6 in Richtung seiner Verriegelungspatrone 14 und entgegen der Federkraft der Verriegelungsfeder 9 bewegt wird. Dadurch wird dieser Verriegelungsmechanismus 5 entriegelt. In gleicher Weise wird, wie später in Fig. 3 gezeigt, der erstgenannte, in der Nabe 16 angeordnete Verriegelungsmechanismus 5 entriegelt.

Erfindungsgemäß sind die beiden Verriegelungsmechanismen 5 mit voneinander verschiedenen Abständen X, Y von der Drehachse 7 des Nockenwellen- verstellers beabstandet. Durch die parallele Anordnung der Verriegelungsmechanismen 5 und deren Verriegelungsachsen 6 zur Drehachse 7 und der Rota- tionssymmetrie der Verriegelungsmechanismen 5 bildet jeder Punkt auf der Verriegelungsachse 6 einen annähernd konstanten Abstand X, Y zur Drehachse. Im allgemeinen Fall fällt die Betrachtung auf denjenigen Punkt, weicher den Übertritt des Verriegelungsmechanismus 5 vom entriegelten in den verriegelten Zustand charakterisiert. In Fig. 1 ist dies im Speziellen der Schnittpunkt der je- weiligen Verriegelungsachse 6 mit dem Querschnitt seiner Verriegelungskulisse 10 an derjenigen Stirnseite des Seitendeckels 1 1 , welcher dem Abtriebselement 3 zugewandt ist.

Fig. 2 zeigt den zugehörigen Seitendeckel 1 1 des Nockenwellenverstellers 1 nach Fig. 1 . Der Seitendeckel 1 1 ist als kreisrunde Scheibe mit einer zentralen Öffnung 18 ausgebildet. Die Öffnung 18, sowie die Nabe 16 des Abtriebselements 3 kann von einem Zentralventil oder einer Zentralschraube durchdrungen werden. Weiter weist der Seitendeckel 1 1 mehrere Befestigungsmöglich- keiten, hier in Form von Bohrungen 17 für Befestigungsschrauben, mit dem Antriebselement 2 auf. Gut erkennbar sind die beiden Verriegelungskulissen 10, deren Mitte auf unterschiedlichen Teilkreisen mit den Abständen X, Y angeordnet ist. Die eine Verriegelungskulisse 10 weist den bereits in Fig. 1 beschrie- benen Hydraulikmittelkanal 13 auf, welcher sich bis in eine benachbarte Arbeitskammer A oder B erstreckt. Mit dem Hydraulikmitteldruck aus dieser Arbeitskammer A oder B wird Hydraulikmittel über den Hydraulikmittelkanal 13 zur Verriegelungskulisse 10 transportiert und der Verriegelungsmechanismus 5, welcher im Flügel 4 angeordnet ist, kann entriegelt werden.

Fig. 3 zeigt das zugehörige Abtriebselement 3 des Nockenwellenverstellers 1 nach Fig. 1 . Das Abtriebselement 3 weist vier Flügel 4 auf. Die Nabe 16 besitzt eine Öffnung 18. Mit geringem Abstand Y ist ein Verriegelungsmechanismus 5 im Bereich der Nabe 16 angeordnet. Mit größerem Abstand X ist ein Verriege- lungsmechanismus 5 in einem der Flügel 4 angeordnet. Die Flügel 4 teilen die gegensätzlich wirkenden Arbeitskammern A, B ab, deren räumliche Begrenzungen durch das Antriebselement 2, den Seitendeckel 1 1 und dem Antriebsrad 12 komplettiert werden. Der nabennahe Verriegelungsmechanismus 5 besitzt einen Hydraulikmittelkanal 13, welcher sich zur Arbeitskammer B erstreckt. Wird diese Arbeitskammer B mit Hydraulikmittel befüllt, so transportiert der Hydraulikmittelkanal 13 dieses zur Verriegelungskulisse 10 des nabennahen Verriegelungsmechanismus 5, wodurch dieser entriegelt wird.

Liste der Bezugszahlen

1 ) Nockenwellenversteller

2) Antriebselement

3) Abtriebselement

4) Flügel

5) Verriegelungsmechanismus

6) Verriegelungsachse

7) Drehachse

8) Verriegelungspin

9) Verriegelungsfeder

10) Verriegelungskulisse

1 1 ) Seitendeckel

12) Antriebsrad

13) Hydraulikmittelkanal

14) Verriegelungspatrone

15) Verriegelungsaufnahme

16) Nabe

17) Bohrungen

18) Öffnung

A) Arbeitskammer

B) Arbeitskammer

X) Abstand

Y) Abstand