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Title:
DEVICE FOR ADJUSTING THE PHASE POSITION OF A SHAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/058821
Kind Code:
A1
Abstract:
The device (1) for adjusting the phase position of a shaft, especially a camshaft (2) that can be rotated by a drive shaft, more particularly a crankshaft, by means of a transmission device with at least one transmission wheel (6'), is configured as a rotary piston machine according to the orbit principle. The inventive device adjusts the rotary position of the transmission wheel (6') in relation to the shaft. The rotary piston machine comprises a stator (5) with inner teeth (5a), an annular rotary piston (4) with outer teeth (4a) that engage with the inner teeth (5a) of the stator, a driven part (3) that can be rotated by means of the rotary piston (4) and a valve device (8-12). In order to control the movement of the rotary piston, the valve device (8-12) enables rotating partial areas of the working area (7) between the stator (5) and the rotary piston (4) to be joined to a fluid supply device at high or low pressure. The fluid supply device comprises a control mechanism, a phase position detector and at least one control valve. It enables a theoretical phase position to be adjusted by actuating the valve in a corresponding manner. Fluidic connection to the adjustment device occurs by means of two angular rotational connections (14a, 14b).

Inventors:
EISENMANN SIEGFRIED (DE)
HARLE HERMANN (DE)
Application Number:
PCT/EP1998/002759
Publication Date:
November 18, 1999
Filing Date:
May 12, 1998
Export Citation:
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Assignee:
TROCHOCENTRIC INTERNATIONAL AG (CH)
EISENMANN SIEGFRIED (DE)
HARLE HERMANN (DE)
International Classes:
F01L1/34; F01L1/344; F01L1/352; F03C2/22; (IPC1-7): F01L1/34; F01L1/344; F01L1/352
Foreign References:
EP0532214A11993-03-17
US4025243A1977-05-24
Attorney, Agent or Firm:
Kaminski, Susanne (Triesen, LI)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verstelivorrichtung (1) zum Verstelien der Phasenlage einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle (2), die von einer Antriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle, über eine Übertragungsvorrichtung mit mindestens einem auf einer Welle sitzenden Übertragungsrad (6') in Drehung versetzbar ist, wobei die Verstelivorrichtung die Drehlage des Übertragungsrades (6') relativ zur Welle (2) mit Druckfluid, das über zwei ringförmige Drehanschlüsse (14a, 14b) zuund abführbar ist, verstellbar macht und eine Fluidversorgungsvorrichtung mit einer Steuerung, einer Dreh lagenerfassung und mindestens einem Kontroliventil die Einstellung einer Soll Drehlage durch eine entsprechende Ventilbetätigung erzielbar macht, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (1) eine Kreiskolbenmaschine nach dem Orbit Prinzip ist, die einen Stator (5) mit einer Innenverzahnung (5a), einen ringförmigen Kreiskolben (4) mit einer in die Innenverzahnung des Stators (5a) eingreifenden Aussenverzahnung (4a), einen vom Kreiskolben (4) in Drehung versetzbaren Abtriebteil (3) und eine Ventilvorrichtung (812) umfasst, die zum Steuern der Kreiskolbenbewegung drehende Teilbereiche des Arbeitsraumes (7) zwischen Stator (5) und Kreiskolben (4) mit Hoch oder Niederdruck der Fluidversorgungsvorrichtung verbindbar macht.
2. Verstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahl der Innenverzahnung des Stators (5a) um eins grösser ist als jene der Aussenverzahnung des Kreiskolbens (4a).
3. Verstelivorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehübertragung vom Kreiskolben (4) auf den Abtriebteil (3) mit dem Drehzahlverhaltnis 1 : 1 erfolgt und die Ventilvorrichtung (812) mit dem Abtriebteil (3) drehende, vorzugsweise an diesem ausgebildete, erste und zweite, gleichmässig über den Umfang verteilte, radiale Ventilkanäle (8,9) umfasst, die mit inneren Anschussbereichen (10) von radialen, gleichmässig über den Umfang verteilten, Statorkanälen (11) zusammenwirken, deren äussere Anschussbereiche (12) zwischen den Zähnen der Innenverzahnung des Stators (5a) in den Arbeitsraum (7) münden, wobei sich die Anzahl der ersten bzw. zweiten Ventilkanäle (8,9) von der Anzahl der Statorkanäle (11) je um einen Kanal unterscheidet, so dass die inneren Anschlussbereiche (10) der Statorkanäle (11) in einem ersten UmfangsTeilbereich mit ersten Ventilkanälen (8) und in einem zweiten UmfangsTeilbereich mit zweiten Ventilkanälen (9) verbunden sind.
4. Verstelivorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ventilkanalen (8) über einen inneren Ringkanal (13) im Abtriebteil (3) an den einen ringförmigen Drehanschluss (14b) und die zweiten Ventiikanäie (9) über einen Freiraum (16) zwischen dem Abtriebteil (3) und dem Kreiskolben (4) und einen äusseren Verbindungskanal (17) im Abtriebteil (3) an den anderen ringförmigen Drehanschluss (14a) anschliessen.
5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren und äusseren Anschussbereiche (10,12) der Statorkanäle (11) in einer mit dem Stator (5) fest verbundenen Steuerscheibe (19) und die Statorkanäle (11) vorzugsweise als Vertiefungen im StatorVerschlussdeckel (20) ausgebildet sind.
6. Verstelivorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass eine Aussenverzahnung des Abtriebteiles (3a) in eine Innenverzahnung des Kreiskolbens (4b) eingreift, wobei vorzugsweise die Zahnzahlen und/oder die Zahnformen so gewählt sind, dass die Drehverbindung zwischen dem Abtriebteil (3) und dem Stator (5) selbsthemmend ist, so dass jede Drehlage auch bei fehlendem Druckfluid und hohen Drehmomenten zwischen dem Stator (5) und dem Abtriebteil (3) im wesentlichen formschlüssig fest gehalten wird.
7. Verstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verzahnungen des Kreiskolbens (4a, 4b) gleiche Zähnezahlen haben, wobei diese Zähnezahl vorzugsweise elf ist und insbesondere die Zähnezahl der innenverzahnung des Stators (5a) zwölf ist.
8. Verstelivorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, dass im Kreiskolben (5) zur Verminderung des Gewichtes axiale Höhlungen (29) ausgebildet sind.
9. Verstelivorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, dass der Statorteil mit der Innenverzahnung (5a) und/oder der Kreiskolben (4) und/oder der Abtriebteil (3) und/oder der Stator Verschlussdeckel (20,21) im pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt sind.
10. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich net, dass der Kreiskolben (4) aus Kunststoff hergestellt ist.
11. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebteil (3) drehfest mit der Nockenwelle (2) verbindbar ist, wobei sich vorzugsweise ein an der Nockenwelle (2) festgeschraubtes, axial angeordnetes Schraubenteil (23) durch ein Abtriebsabschlussteil (24) und das Abtriebteil (3) erstreckt, wobei der Stator (5) insbesondere in einer Ringnut zwischen dem Abtriebsabschlussteil (24) und dem Abtriebteil (3) gehalten ist und gegebenenfalls aus vier mittels Schrauben zusammengehaltenen Teilen besteht, nämlich einem ersten und einem zweiten StatorVerschlussdeckel (20,21), einer Steuerscheibe (19) und einem Verzahnungsteil (5).
12. Verstellvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abtriebsabschlussteil (24) und dem StatorVerschlussdeckel (20) eine Drehbereichsbegrenzung ausgebildet ist, vorzugsweise in der Form zweier radial nach aussen vorstehender AbschlussteilAnschlagsflächen (27) denen je eine StatorAnschlagsfläche (28) so zugeordnet ist, dass die Verstellung nur innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereiches möglich ist.
13. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsrad (6') am Stator (5) befestigt, insbesondere aber direkt an diesem ausgebildet ist, wobei das Übertragungsrad (6') vorzugsweise eine Kettenoder Zahnriemenverzahnung umfasst.
Description:
Verstelivorrichtung zum Verstellen der Phasenlage einer Welle Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung zum Verstelien der Phasenlage einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Ventile von Verbrennungsmotoren, insbesondere Hubkolben- Verbrennungsmotoren, werden mittels Nockenwellen betätigt. Die Nockenwellen werden von einer Antriebswelle, bzw. von der Kurbelwelle, über eine Übertragungsvorrichtung in Drehbewegung versetzt. Um die Öffnungs-und Schliesszeitpunkte von Ventilen an die jeweils aktuelle Leistungsabgabe und/oder Drehzahl des Motors anpassen zu können, werden Übertragungsvorrichtungen mit Verstellern zum Verstellen der Phasenlage der Nockenwellen-Drehausrichtung eingesetzt. Solche Versteller ermöglichen eine bedarfsorientierte Beeinflussung der Steuerzeiten der Ein-und/oder Auslassventile, so dass vor allem die sogenannte Überschneidung der Ventilerhebungskurven verändert werden kann.

Zur Zeit bevorzugt man die Verwendung dieser Drehwinkelversteller bei den Nockenwellen der Einlassventile. In zunehmendem Mass werden aber jedoch gleichzeitig auch die Nockenwellen der Auslassventile drehverstellt.

Der Versteller sitzt vorzugsweise zwischen dem von einer Kette oder einem Zahnriemen angetriebenen Nockenwellenrad und der Nockenwelle. Entsprechend der jeweiligen Übertragungsvorrichtung wäre gegebenenfalls aber auch eine andere Anordnung des Verstellers, beispielsweise zwischen der Antriebswelle und dem Antriebswellenrad, möglich. Die relative Verdrehlage zwischen dem Nockenwellenrad und der Nockenwelle ist in einem vorgegebenen Winkelbereich variierbar. Vorzugsweise genügt bereits ein Nockenwellen-Verdrehbereich von 0° bis 30°. Bei Viertaktmotoren, bei denen die Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle dreht, entspricht dieser Bereich einem Kurbelwellen- Verdrehbereich von 0° bis 60°. Wenn beide Nockenwellen gleichzeitig verstellbar sind, spricht man von einer doppelt variablen Nockenwellensteuerung

(Doppel-Vanos). Sie bewirkt einen füiligeren Drehmomentverlauf des Motors und optimiert die Gemischaufbereitung derart, dass die Schadstoffe im Abgas reduziert werden.

Die Aufgabe der Versteller besteht darin, den Beginn und das Ende des Ventilhubes durch die Nockenwelle von"spät"auf"früh"und umgekehrt zu verstellen. Dies muss über einen grossen Drehzahlbereich des Motors erzielbar sein. Vorzugsweise soll die Verstellung stufenlos und automatisch erfolgen. Die Vorteile einer richtigen Verstellung sind : mehr Drehmoment im unteren und mittleren Drehzahlbereich, weniger unverbrannte Restgase im Leerlauf, verbesserter Leerlauf, geringerer Schadstoffausstoss, interne Abgasrückführung schon bei niedriger Drehzahl, schnellere Aufwärmung des Katalysators und geringere Rohemission nach dem Kaltstart, spezielle Funktionen für die Gemischanpassung im Warmlauf, reduzierter Treibstoff-Verbrauch und ein geringeres Motorengeräusch.

Die Erfindung betrifft insbesondere Versteller die hydraulisch betätigt werden.

Gegebenenfalls wird der Versteller von einer zusätzlichen Hydraulikpumpe gespiesen. Vorzugsweise aber soll eine Speisung durch die Schmierölpumpe des Motors genügen, was besonders kosten-und verbrauchsgünstig ist.

Durch die Ventilbetätigung erfährt die Nockenwelle starke Drehmomentschwankungen, welchen die Übertragungsvorrichtung standhalten muss. Ein bevorzugter Versteller sollte jede wünschbare Winkelverstellung unabhängig vom jeweiligen auf die Nockenwelle wirkenden Drehmoment in genügend kurzer Zeit einstellen und halten können. Dazu muss sein Arbeitsvermögen bzw. seine Verstelileistung entsprechend gross sein. Bei einer Speisung durch die Schmierölpumpe ergeben sich bei hoher Öltemperatur und auch bei niedriger Drehzahl des Motors und somit der Pumpe Probleme aufgrund des tiefen zur Verfügung stehenden Öldruckes. Es wird eine hohe Verstellgeschwindigkeit gewünscht. Der benötigte Speisedruck und/oder Speisefluss soll so tief wie möglich liegen. Zugleich sollten die Baumasse so klein

sein, dass keine weitergehenden konstruktiven Änderungen am Motor nötig werden. Vorzugsweise sollte der Versteller radial innerhalb des Nockenwellenrades Platz finden und axial kurz bauen.

Ein bekannter Versteller benutzt einen axial wirkenden Hydraulikkolben zum axialen Verstellen einer Muffe. Die Muffe umfasst eine Innen-und eine Aussen- Schrägverzahnung, wobei die beiden Verzahnungen mit gegenläufiger Steigung ausgebildet sind. Die Aussenverzahnung der Muffe greift in eine fest mit dem Nockenwellenrad verbundene Innenverzahnung ein und die Innenverzahnung der Muffe greift in eine mit der Nockenwelle verbundene Verzahnung ein. Durch ein axiales Verstellen der Muffe wird eine Winkelverstellung zwischen dem Nockenwellenrad und der Nockenwelle erzielt. Der Verstellbereich ist wegen der begrenzten axialen Baulänge beschränkt. Wird der Schrägungswinkel vergrössert, so muss bei gleichem übertragbarem Vertellmoment der Arbeitskolben vergrössert werden, was wiederum zu einem grösseren Kolbendurchmesser führt. Auch wird dadurch das zwangsläufig notwendige Zahnspiel wirksamer, was aufgrund der periodisch ändernden Drehmomente der Nockenwelle zu uner- wünschten Geräuschen und zu einer erhöhten Abnutzung führt. Das den Hydraulikkolben betätigende ÖI, kann während Drehmomentspitzen in die falsche Richtung fliessen, insbesondere wenn bei niedriger Motorendrehzahl der Betätigungs-Öldruck niedriger ist als der vom Nockenwellen-Drehmoment ausgehende Quetschdruck. Auf diese Weise wird die Verstellgeschwindigkeit und die Positioniergenauigkeit reduziert. Wenn dies vermieden werden soll, so muss die Ölpumpe wesentlich grösser dimensioniert werden. Dies führt, insbesondere bei hohen Motorendrehzahlen, zu höheren Energieverlusten. Ein weiterer Nachteil gegenläufiger Schrägverzahnungen ist deren aufwendige Herstellung.

Ein weiterer bekannter Versteller ist als sogenannter Flügelversteller ausgebildet.

Ein äusseres Gehäuseteil ist fest mit dem Nockenwellenrad verbunden und umfasst radial nach innen ragende Bereiche, die einen Ringraum in Teilräume unterteilen. Von einem an der Nockenwelle befestigten Wellenteil stehen Flügel radial nach aussen je in einen Teilraum vor. Diese Flügel liegen seitlich und radial

aussen dicht an die Teilraumberandung an, so dass ein Drehkolbensystem entsteht. Durch das Zuführen von Öt auf der einen Seite aller Flügel und das Ablassen von (51 auf der anderen Seite aller Flügel kann eine Verdrehung zwischen dem äusseren Gehäuseteil und dem Wellenteil erzielt werden. Durch eine Integration des Produktes aus Radius und Arbeitsdruck über die Flügelflächen wird ein Übertragungs-und Verstelldrehmoment bestimmt. Je mehr Flügel am Umfang angeordnet werden, desto höher ist das bei gegebenem Öldruck erzeugte Drehmoment. Gleichzeitig wird aber bei einer grösseren Anzahl Flügel der maximale Verstellwinkel verkleinert, weil ja der Bauraum in Umfangsrichtung beschränkt ist.

Beim Starten des Motors und gegebenenfalls auch bei einer hohen Öltemperatur ist der Öldruck der Schmierölpumpe zu tief, um im Versteller ein Drehmoment zu erzeugen, das grösser ist als die maximalen Nockenwellen-Drehmomente. Die Spitzen der Nockenwellen-Drehmomente verstellen die Drehlage des Verstellers bis die Flügel an einer Teilraumberandung anliegen. Weil die Nockenwellen- Drehmomente zwischen positiven und negativen Maxima oszillieren, wird der Versteller bei zu tiefem Öldruck von einer gewünschten Drehlage weg alternierend in beiden Drehrichtungen bis zum Anliegen der Flügel ausgelenkt.

Dies führt zu starkem Verschleiss und zu unangenehmen Geräuschen. Um diesen unerwünschten Effekt zu vermindern, wird etwa ein Bremselement eingesetzt, das bei tiefem Öldruck die oszillierenden Bewegungen dämpft.

Zum Verstellen und Halten der Drehlage ist ein Ölversorgungsventil, eine Drehlagenerfassung und eine Steuerung so ausgebildet, dass Abweichungen von einer Solllage durch eine entsprechende Ventilbetätigung korrigiert werden. Der benötigte Öldruck und entsprechend auch der leckstrombedingte Ölverbrauch dieses Drehkolben-Verstellers ist hoch, weil der volle Druck auch zum Halten einer eingestellten Verdrehungslage bzw. zum Übertragen der Nockenwellen- Drehmomente benötigt wird. Entsprechend den in beiden Drehrichtungen auftretenden maximalen Nockenwelien-Drehmomenten treten in den Arbeitsräumen des Drehkolben-Systems hohe Spitzenwerte auf. Wenn das Öt-

versorgungsventil geschlossen ist, stören diese hohen Quetschdrücke nur in der Weise, dass entsprechend hohe Leckverluste entstehen. Bei in der Verstellphase offenem Versteliventil kann das 01 während Drehmomentspitzen in die falsche Richtung fliessen, weil insbesondere bei niedriger Motorendrehzahl der Betätigungs-Öldruck niedriger ist als der Quetschdruck. Auf diese Weise wird die Verstellgeschwindigkeit und die Positioniergenauigkeit reduziert, so dass bei solchen Motoren die Ölpumpe wesentlich grösser dimensioniert werden muss.

Dies führt, insbesondere bei hohen Motorendrehzahlen, zu höheren Energieverlusten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Versteller zu finden, der jede wünschbare Winkelverstellung auch bei auf die Welle wirkenden Drehmomenten, insbesondere bei dem von den Ventilen auf eine Nockenwelle übertragenen Drehmomentverlauf, einstellbar macht. Sein Arbeitsvermögen bzw. seine Verstellleistung soll auch bei tiefem Betätigungs-Fluiddruck möglichst gross sein.

Zugleich sollten die Baumasse und der Herstellungsaufwand klein sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die abhängi- gen Ansprüche beschreiben alternative bzw. vorteilhafte Ausführungsvarianten.

Bei der Lösung der Aufgabe wurde erkannt, dass eine hydrostatische Kreiskolbenmaschine nach dem Orbit Prinzip auch mit einem tiefen Betätigungsöldruck die benötigte Verstelileistung erzielbar macht. Solche Maschinen umfassen zumindest einen Stator, einen Rotor bzw. Kreiskolben, einen Abtriebteil und eine Ventilvorrichtung, die drehende Teilbereiche des Arbeitsraumes zwischen Stator und Rotor mit Hoch-und Niederdruck verbindet.

Vorzugsweise ist die Zähnezahl der Innenverzahnung des Stators um eins grösser als jene der Aussenverzahnung des Kreiskolbens. Die einzelnen Komponenten einer Kreiskolbenmaschine können mit kleinem Aufwand, insbesondere mittels sintern hergestelit, werden. Die ringförmigen Maschinenteile und der Arbeitsraum benötigen nur wenig Platz. Ein erfindungsgemässer Versteller wird vorzugsweise direkt zwischen der Nockenwelle und dem Nockenwellenrad angeordnet werden,

wobei das Nockenwellenrad insbesondere direkt am Stator ausgebildet ist, so dass nur ein äusserst kleiner zusätzlicher Bauraum benötigt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine beliebig grosse Drehlagenänderung bzw. Verdrehung zwischen einer Welle und einem darauf sitzenden Wellenrad erzielbar ist. Durch die Ausbildung des Drehlagen-Verstellers als Kreiskolben- Maschine bzw. Hydraulikmotor mit zwei ringförmige Drehanschlüssen zum Zu- und Abführen von Druckfluid kann dieser nebst der beispielsweise bei Nockenwellen benötigten Verstellaufgabe in anderen Anwendungen eine Antriebsaufgabe übernehmen. Das heisst der erfindungsgemässe Versteller ist sowohl als Ausrichtungs-, bzw. Positionier-wie auch als Bewegungseinheit auf drehenden Wellen einsetzbar. Im allgemeinsten Fall wird zum Verstellen der Phasenlage und/oder der Drehgeschwindigkeit einer Welle, die von einer Antriebswelle über eine Übertragungsvorrichtung mit mindestens einem auf einer Welle sitzenden Übertragungsrad in Drehung versetzbar ist, die Drehlage bzw.

Drehgeschwindigkeit des Übertragungsrades relativ zur Welle mit Druckfluid, das über zwei ringförmige Drehanschlüsse zu-und abführbar ist, verändert. Zur Betätigung wird eine Fluidversorgungsvorrichtung mit einer Steuerung, einer Drehlagen-bzw. Drehgeschwindigkeitserfassung und mindestens einem Kontrollventil eingesetzt, sodass die Einstellung einer Soll-Drehlage bzw.- Geschwindigkeit, oder-Beschleunigung durch eine entsprechende Ventilbetätigung erzielbar wird.

Wenn lediglich die Phasenlage einer Nockenwelle innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereiches verstellbar sein soll, so wird vorallem ein genügend grosses Antriebsmoment auch bei kleinem Fluid-bzw. Öldruck benötigt. Vorzugsweise wird nun eine Kreiskolbenmaschine vorgesehen, bei der die Drehübertragung vom Kreiskolben auf den Abtriebteil mit dem Drehzahtverhättnis 1 : 1 erfolgt. Die Ventilvorrichtung der Kreiskolbenmaschine umfasst dann vorzugsweise mit dem Abtriebteil drehende, insbesondere an diesem ausgebildete, erste und zweite, gleichmässig über den Umfang verteilte, radiale Ventilkanäle, die mit inneren Anschlussbereichen von radialen, gleichmässig über den Umfang verteilten,

Statorkanälen zusammenwirken. Die äusseren Anschlussbereiche der Statorkanäle münden zwischen den Zähnen der Innenverzahnung des Stators in den Arbeitsraum. Die Anzahl der ersten bzw. zweiten Ventilkanäle unterscheidet sich von der Anzahl der Statorkanäle je um einen Kanal, so dass die inneren Anschlussbereiche der Statorkanäle in einem ersten Umfangs-Teilbereich mit ersten Ventilkanälen und in einem zweiten Umfangs-Teilbereich mit zweiten Ventilkanälen verbunden sind. Die ersten Ventilkanäle sind über einen inneren Ringkanal im Abtriebteil an den einen ringförmigen Drehanschluss und die zweiten Ventilkanäle über einen Freiraum zwischen dem Abtriebteil und dem Kreiskolben und einen äusseren Verbindungskanal im Abtriebteil an den anderen ringförmigen Drehanschluss angeschlossen.

Um ein Drehzahiverhältnis von 1 : 1 zwischen dem Kreiskolben und dem Abtriebteil zu erzielen, muss eine Kraftübertragung zwischen dem mit drehhender Exzentrizität um die Achse des Abtriebteils bewegten Kreiskolben und dem Abtriebsteil ausgebildet werden. Gemäss der CH 676 490 kann die Kraft-bzw.

Drehmomentübertragung beispielsweise mit einer Kardanwelle erfolgen. Diese würde aber in Achsrichtung zu einer grossen Baulänge führen. Eine weitere, in der CH 676 490 erwähnte Übertragungsvorrichtung umfasst eine Koppelung mittels Bolzen, welche im einen Teil in passenden Bohrungen und im anderen Teil in Bohrungen mit um die zweifache Exzentrizität grösserem Durchmesser als der Bolzendurchmesser aufgenommen sind. Bei der Drehübertragung rollen die Bolzen entlang der Berandungsflächen der grösseren Bohrungen. Auch diese Botzenübertragung führt in Achsrichtung zu einer erhöhten Baulänge. Eine aufgrund der kleinen Baulänge bevorzugte Lösung gemäss der CH 676 490 um- fasst am Kreiskolben eine Innen-und am Abtriebteil eine Aussenverzahnung. Um zu gewährleisten, dass bei einem vom Kreiskolben angetriebenen Abtriebteil, dessen Drehachse ortsfest sein kann, werden zusammenwirkende Zähne mit Zahnkonturen vorgesehen, die an die vorliegende Exzentrizität angepasst sind.

Es hat sich nun gezeigt, dass bei der Drehübertragung zwischen Kreiskolben und Abtriebteil mit einer Innen-und einer Aussenverzahnung eine selbsthemmende

Wirkung zwischen dem Stator und dem Abtriebteil erzielt wird. Das heisst ein auf das Abtriebsteil aufgebrachtes Drehmoment wird über den Kreiskolben an den Stator übertragen. Weil der Kreiskolben dabei praktisch nicht in Drehung versetzbar ist, handelt es sich um eine im wesentlichen formschlüssige Drehmomentübertragung, die insbesondere durch eine Annäherung der Zahnkontur an eine Dreiecksform noch erhöht werden kann. Der Versteller kann somit nur durch Öldurckzufuhr in seiner Drehwinkellage verstellt werden, jedoch nicht durch Drehmomentaufbringung von aussen. Damit ist gewahrleistet, dass hohe Drehmomentspitzen der Nockenwelle nicht zu hohen Quetschdrücken in den Arbeitskammern des Hydrauliksystems führen können und dass für den Normalbetrieb, also wenn keine Winkelverstellung stattfindet, kein Stützdruck für die Drehmomentübertragung notwendig ist. Während der verstellungsfreien Phasen treten im wesentlichen keine Öi ! eckströme auf, was zu einem kleinen mittleren Öldurchsatz führt. Zudem könnte während der verstellungsfreien Phasen ein Akkumulator mit Drucköl beaufschlagt werden, welches dann in Verstellphasen zur Verfügung steht. Dadurch würde die von der Oldruckpumpe benötigte Druckölmenge reduziert, was die Anforderungen an die Pumpe und entsprechend deren Verlustleistung reduziert.

Zum Verstellen der Nockenwellen-Phasenlage wird der Versteller vorzugsweise auf der Nockenwelle, gegebenenfalls aber auf der Antriebs-oder auf einer zusätzlichen Übertragungswelle angeordnet.

Die bevorzugten Versteller arbeiten nach dem Orbitprinzip der in der Hochdruckhydraulik bekannten Hochmoment-Hydraulikmotoren. Dadurch ergibt sich ein extrem hohes Arbeitsvermögen. Die Drehlagenverstellung erfolgt stufenlos und hat keine Winkelbeschränkung. Aufgrund der ineinanderpassenden Zahnformen, und der in den bevorzugten Ausführungen ausgebildeten Selbsthemmung, treten keine schlagenden Geräusche auf. Zudem sind die erfindungsgemässen Versteller einfach herzustellen und benötigen nur wenige Teile.

Bei der oben erwähnten und nachfolgend anhand des Beispieles beschriebenen Ausführungsform mit einem Abtriebteil, das mit der Drehzahl des Kreiskolbens um eine feste Achse drehbar ist und insbesondere ein Steuerteil der Ventilvorrichtung umfasst, handelt es sich um eine Lösung, die auch als vorteilhafter, langsamlaufender Hydromotor einsetzbar ist. Es versteht sich von selbst, dass ein solcher langsamlaufender Hydromotor auch mit einem fest angeordneten Abtriebteil und einem drehenden Stator ausgebildet werden kann.

Dabei könnte dann auf Drehansch ! üsse verzichtet werden. Langsamlaufende, insbesondere auf Wellen angeordnete, Hydromotoren können beispielsweise vorteilhaft als Antriebe in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden.

Die Zeichnungen erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles.

Dabei zeigt Fig. 1 einen vertikalen Schnitt entlang der Nockenwellenachse durch einen an der Nockenwelle befestigten Versteller Fig. 2 einen vertikalen Schnitt E-E gemäss Fig. 1 Fig. 3 einen vertikalen Schnitt D-D gemäss Fig. 1 Fig. 4 einen vertikalen Schnitt C-C gemäss Fig. 1 Fig. 5 eine Ansicht des Nockenwellenendes mit dem Versteller Fig. 1 zeigt einen Versteller 1, der an einem freien Ende einer Nockenwelle 2 angeordnet ist. Der Versteller 1 ist als Kreiskolbenmaschine ausgebildet und umfasst dabei zumindest einen Abtriebteil 3, einen Kreiskolben 4 und einen Stator 5. Eine Aussenverzahnung 6 des Stators 5 bildet das Nockenwellenrad 6', das gegebenenfalls auch als getrenntes Teil am Stator 5 befestigt sein könnte.

Durch eine rotierende Bewegung des Kreiskolbens 4 um eine um die Nockenwellenachse 2a drehende Exzenterachse wird eine Verdrehung zwischen Stator 5 und Abtriebteil 3 erzielt. Um diese Kreiskolben-Drehbewegung anzutreiben, muss einem Teil von Arbeitskammern 7 zwischen dem Stator 5 und dem Kreiskolben 4 gezielt Druckfluid bzw. Öl unter Druck zugeführt und und aus einem anderen Teil von Arbeitskammern 7 Fluid abfliessen gelassen werden. Die

Arbeitskammern 7 bilden sich gemäss Fig. 2 zwischen einer Stator-Innenverzah- nung 5a und einer Kreiskolben-Aussenverzahnung 4a. Vorzugsweise beträgt die Zähnezahl der Stator-innenverzahnung 5a zwölf und jene der Kreiskolben- Aussenverzahnung 4a elf. Die Drehbewegung des Kreiskolbens entsteht durch die fluidspeisungsbedingte Aufweitung der Arbeitskammern 7 der einen Umfangshälfte und die entsprechende Verkleinerung der Arbeitskammern 7 der anderen Umfangshälfte. Um die Fluidspeisung so zu steuern bzw. die Arbeitskammern 7 so drehend mit Hoch-oder Niederdruck zu verbinden, dass die gewünschte Kreiskolbenbewegung entsteht, ist eine Ventilvorrichtung vorgesehen.

Die Ventilvorrichtung umfasst ein mit der Drehzahl des Kreiskoibens 4 drehendes (Fig. 3) und ein mit dem Stator 5 fest verbundenes (Fig. 4) Kanalsystem. Weil das drehende Kanalsystem der dargestellten Ausführungsform am Abtriebteil 3 ausgebildet ist, wird gemäss Fig. 2 der Abtriebteil 3 vorzugsweise durch das Zusammenwirken einer Abtrieb-Aussenverzahnung 3a und einer Kreiskolben- lnnenverzahnung 4b in Drehung versetzt. Die Drehübertragung vom Kreiskolben 4 auf den Abtriebteil 3 erfolgt mit dem Drehzahlverhaltnis 1 : 1, wozu die Zähnezahl der Abtrieb-Aussenverzahnung 3a mit jener der Kreiskolben- lnnenverzahnung 4b übereinstimmt. Zudem ist in der dargestellten Ausführungsform auch die Zähnezahl der Kreiskolben-Aussenverzahnung 4a gleichgross wie jene der Kreiskolben-lnnenverzahnung 4b. Die Ventilvorrichtung umfasst mit dem Abtriebteil 3 drehende, vorzugsweise an diesem ausgebildete, erste 8 und zweite 9, gleichmässig über den Umfang verteilte, radiale Ventilkanäle, die mit inneren Anschussbereichen 10 von radialen, gleichmässig über den Umfang verteilten, Statorkanälen 11 zusammenwirken, deren äussere Anschussbereiche 12 zwischen den Zähnen der Innenverzahnung 5a des Stators 5 in die Arbeitskammern münden. Die Anzahl der ersten bzw. zweiten Ventilkanäle 8,9 unterscheidet sich von der Anzahl der Statorkanäle 11 je um einen Kanal, so dass die inneren Anschlussbereiche 10 der Statorkanale 11 in einem ersten Umfangs-Teilbereich mit ersten Ventilkanälen 8 und in einem zwei- ten Umfangs-Teilbereich mit zweiten Ventilkanälen 9 verbunden sind. Die inneren

und äusseren Anschussbereiche 10 und 12 der Statorkanäle 11 sind als Boh- rungen durch eine mit dem Stator 5 fest verbundene Steuerscheibe 19 ausgebildet. Die Statorkanäle 11 sind vorzugsweise als Vertiefungen im äusseren Stator-Verschlussdeckel 20 ausgebildet.

Die ersten Ventilkanäle 8 schliessen über einen inneren Ringkanal 13 im Abtriebteil 3 und in der Nockenwelle 2, sowie mindestens eine erste Radialbohrung 15a an einen ringförmigen ersten Drehanschluss 14a an. Die zweiten Ventilkanäle 9 schliessen über einen Freiraum 16 zwischen dem Abtriebteil 3 und dem Kreiskolben 4, einen äusseren Verbindungskanal 17 im Abtriebteil 3 und eine Radialbohrung 15b in der Nockenwelle 2 an einen zweiten ringförmigen Drehanschluss 14b an. In Achsrichtung beidseits der Drehanschlüsse 14a und 14b sind Ringnute 18 zum Aufnehmen von Dichtungselementen ausgebildet.

Das Statorgehäuse umfasst den äusseren Stator-Verschlussdeckel 20, die Steuerscheibe 19, den Stator 5 und einen inneren Stator-Verschlussdeckel 21.

Das Statorgehäuse wird von Schrauben 22 zusammengehalten. Der Kreiskolben 4 ist in Achsrichtung mit den Innenseiten der Steuerscheibe 19 und des inneren Stator-Verschlussdeckels 21 in Gleitkontakt. Das Statorgehäuse wird in Achsrichtung drehbar am Abtreibteil 3 gehalten. Das Abtriebteil 3 ist drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden, wobei sich vorzugsweise ein an der Nockenwelle 2 festgeschraubtes, axial angeordnetes Schraubenteil 23 durch ein Abtriebsabschlussteil 24 und das Abtriebteil 3 erstreckt. Zwischen dem Schraubenteil 23 und dem Abtriebteil 3 ist der innere Ringkanal 13 ausgebildet.

Das Statorgehäuse ist in einer Ringnut zwischen dem Abtriebsabschlussteil 24 und dem Abtriebteil 3 drehbar gehalten und mittels einer Dichtungseinheit 25 nach aussen abgedichtet. Zur Bildung einer Drehführung bzw. Dichtung für den inneren Stator-Verschlussdeckels 21 ist ein Führungsring 26 zwischen das Abtriebteil und das Nockenwellenende eingesetzt.

Für Anwendungen bei denen die Drehlagenverstellung auf einen vorgegebenen Winkelbereich beschränkt ist, wird vorzugsweise zwischen dem Abtriebsabschlussteil 24 und dem äusseren Stator-Verschlussdeckel 20 eine Drehbereichsbegrenzung ausgebildet. Diese umfasst beispielsweise zwei radial nach aussen vorstehende Abschlussteil-Anschlagsflächen 27 denen je eine Stator-Anschlagsfläche 28 so zugeordnet ist, dass die Verstellung nur innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereiches möglich ist. Durch die Anordnung der Drehbereichsbegrenzung beim äusseren Stator-Verschlussdeckel 20 ist mit einer einfachen visuellen Kontrolle ersichtlich, in welcher Drehlage die Nockenwelle 2 ist.

Der Stator 5 mit der Innenverzahnung und/oder der Kreiskolben 4 und/oder der Abtriebteil 3 und/oder die Stator-Verschlussdeckel 20,21 sind vorzugsweise im pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt. Gegebenenfalls wird ein Kreiskolben 4 aus Kunststoff eingesetzt. Zur Verminderung des Gewichtes sind im Kreiskolben 4 gegebenenfalls axiale Höhlungen 29 ausgebildet.