[0001] Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor für eine Nockenwellenverstelleinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Schwenkmotoren für Nockenwellenverstelleinrichtungen haben einen Stator und einen
Rotor, die koaxial zueinander angeordnet sind und jeweils Flügel aufweisen. Die Rotorflügel
liegen mit ihrer Stirnseite an der Statorinnenwand an und können zwischen zwei benachbarten
Statorflügeln bewegt werden, die mit ihren Stirnseiten an einem Grundkörper des Rotors
dichtend anliegen. Die Rotorflügel unterteilen den zwischen jeweils zwei Statorflügeln
befindlichen Druckraum in zwei Druckkammern. Je nach Beaufschlagung des Druckmediums
in einer der Druckkammern wird der Rotor relativ zum Stator verdreht. Der Rotor sitzt
drehfest auf der Nockenwelle, die auf diese Weise relativ zur Kurbelwelle verstellt
wird, um die Öffnungsdauer der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors an die jeweils
vom Motor abzugebende Leistung anzupassen. Zwischen der Stirnseite der Rotorflügel
und der Statorinnenwand kommt es im Betrieb des Schwenkmotors zu Leckage, wodurch
die Funktionsweise des Schwenkmotors beeinträchtigt wird.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Schwenkmotor so auszubilden,
daß die Leckageverluste zumindest gering gehalten werden und der Schwenkmotor über
seine Einsatzdauer eine einwandfreie Verstellung der Nockenwelle ermöglicht.
[0004] Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schwenkmotor erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
[0005] Beim erfindungsgemäßen Schwenkmotor wird durch eine besondere Ausbildung der Rotorflügel
erreicht, daß die Spaltlänge zwischen der Stirnseite der Rotorflügel und der Statorinnenwand
vergrößert wird, ohne daß dadurch der Schwenkwinkel des Rotors relativ zum Stator
bei vorgegebener Baugröße des erfindungsgemäßen Schwenkmotors beeinträchtigt wird.
Aufgrund der großen Breite des radial äußeren Bereiches der Rotorflügel wird die Spaltlänge
zwischen der Stirnseite des Rotorflügels und der Statorinnenwand vergrößert, wodurch
die Abdichtung zwischen den beiden Druckkammern optimiert wird. Der erfindungsgemäße
Schwenkmotor weist darum nur noch eine allenfalls geringe Leckage auf, so daß die
Funktionsgrenzen der Nockenwellenverstelleinrichtung erweitert werden. Trotz der Verbreiterung
des radial äußeren Bereiches der Rotorflügel wird der Schwenkwinkel des Rotors relativ
zum Stator bei vorgegebener Baugröße nicht verringert, da die Verbreiterung der Rotorflügel
unstetig erfolgt. Der radial innere Bereich der Rotorflügel kann darum schmal gehalten
werden, so daß der Schwenkwinkel des Rotors nicht verringert wird.
[0006] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung
und den Zeichnungen.
[0007] Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen
näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- in Axialansicht einen Teil einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwenkmotors
für einen Nockenwellenversteller,
- Fig. 2
- einen Teil eines Rotors des Schwenkmotors gemäß Fig. 1 in Axialansicht,
- Fig. 3
- einen Teil eines Stators des Schwenkmotors gemäß Fig. 1 in Axialansicht,
- Fig. 4 bis Fig. 6
- in Darstellungen entsprechend den Fig. 1 bis 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schwenkmotors,
- Fig. 7 bis Fig. 9
- in Darstellungen entsprechend den Fig. 1 bis 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schwenkmotors,
- Fig. 10
- in Axialansicht einen Schwenkmotor nach dem Stand der Technik.
[0008] Der Schwenkmotor wird bei einer Nockenwellenverstelleinrichtung eingesetzt, die bei
Kraftfahrzeugen zur gezielten Einstellung der Öffnungsdauer von Gaswechselventilen
des Verbrennungsmotors herangezogen wird. Solche Nockenwellenverstelleinrichtungen
und zugehörige Schwenkmotoren sind bekannt und werden darum auch nicht näher erläutert.
[0009] Der Schwenkmotor nach dem Stand der Technik (Fig. 10) hat einen Stator 1, der ein
zylindrisches Gehäuse 2 aufweist, das an einem Ende durch einen Boden 3 und am anderen
Ende durch einen aufgesetzten (nicht dargestellten) Deckel geschlossen ist. Der Stator
1 ist mit einem Kettenrad 4 antriebsverbunden, über das eine (nicht dargestellte)
Kette der Nockenwellenverstelleinrichtung geführt ist. Von der zylindrischen Innenwand
5 des Gehäuses 2 stehen radial nach innen Flügel 6 ab, die über den Umfang gleichmäßig
verteilt angeordnet und jeweils gleich ausgebildet sind. Die Flügel 6 sind einstükkig
mit dem Gehäuse 2 ausgebildet. Zwischen benachbarten Flügeln 6 werden Druckräume 7
gebildet, in die Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl, eingebracht wird.
[0010] Der Gehäuseboden 3 und der (nicht dargestellte) Abschlußdeckel haben eine zentrale
Öffnung, durch welche eine (nicht dargestellte) Nockenwelle ragt, auf der drehfest
ein Rotor 8 sitzt. Er hat einen zylindrischen Grundkörper 9, von dem radial nach außen
Flügel 10 abstehen. Sie sind vorteilhaft einstückig mit dem Grundkörper 9 ausgebildet
und haben gleiche Form. Die Flügel 10 liegen mit ihren Stirnseiten 11 flächig an der
Innenwand 5 des Statorgehäuses 2 an. Die Statorflügel 6 liegen mit ihren Stirnseiten
12 flächig an der zylindrischen Mantelfläche 13 des Grundkörpers 9 an.
[0011] Durch die Rotorflügel 10 werden die Druckräume 7 in zwei Druckkammern 14 und 15 unterteilt.
Im dargestellten Beispiel liegen die Rotorflügel 10 an den Statorflügeln 6 an. In
diesem Falle steht das Druckmedium in den Druckkammern 15 unter Druck. Das in den
Druckkammern 14 befindliche Medium wird beim Verdrehen des Rotors 8 relativ zum Stator
1 in bekannter Weise zum Tank hin verdrängt. Soll der Rotor 8 entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht werden, werden die Druckkammern 15 entlastet und das in den Druckkammern 14
befindliche Druckmedium unter Druck gesetzt. Für diese Umschaltung ist wenigstens
ein entsprechendes Ventil vorgesehen.
[0012] Die Druckräume und 15 müssen zuverlässig gegeneinander abgedichtet sein, damit der
Rotor 8 zuverlässig in seiner jeweiligen Endstellung an den Seitenwänden der Statorflügel
6 zur Anlage kommt und daß der Rotor zuverlässig jede Zwischenposition anfahren und
halten kann. Die Stirnseiten 11 der Rotorflügel 10 sind in Drehrichtung verhältnismäßig
kurz, so daß die Leckage über den Dichtungsspalt 16 zwischen der Innenwand 5 des Statorgehäuses
2 und den Stirnseiten 11 der Rotorflügel 10 verhältnismäßig hoch ist.
[0013] Damit diese Spaltlänge 16 vergrößert wird, ohne den Schwenk- bzw. Drehwinkel des
Rotors 8 relativ zum Stator 8 ohne bauliche Vergrößerung des Schwenkmotors zu erreichen,
sind die Rotorflügel 10 in ihrem radial äußeren Bereich verbreitert ausgebildet (Fig.
1 und 2). Dieser verbreiterte Bereich 17 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel etwa
über die halbe radiale Länge der Rotorflügel 10. Der an den Grundkörper 9 anschließende,
radial innere Bereich 18 des Rotorflügels ist im Vergleich zum radial äußeren, verbreiterten
Bereich 17 wesentlich schmaler. Die Breite des Bereiches 17 im Bereich der Stirnseite
11 beträgt etwa das Eineinhalb- bis Dreifache der Breite des radial inneren Bereiches
18. Der verbreiterte Flügelbereich 17 wird von zwei ebenen, radial nach außen divergierend
verlaufenden Seitenwänden 19 und 20 begrenzt, die durch die stetig gekrümmt verlaufende
Stirnseite 11 miteinander verbunden sind. Die beiden Seitenflächen 21, 22 verlaufen
in radialer Richtung und parallel zueinander und gehen stumpfwinklig in die Seitenwände
19, 20 über.
[0014] Die Statorflügel 6 sind an die Form der Rotorflügel 10 angepaßt. Die Statorflügel
6 haben an die Innenwand 5 des Statorgehäuses 2 spitzwinklig anschließende Seitenwände
23, 24, an denen die Rotorflügel 10 in der jeweiligen Endstellung mit den Seitenwänden
19, 20 ihres verbreiterten Abschnittes 17 anliegen (Fig. 1). Dementsprechend divergieren
die Seitenwände 23, 24 der Statorflügel 6 radial nach innen. Die Seitenwände 23, 24
sind eben ausgebildet und gehen stumpfwinklig in ebene Seitenwände 25, 26 über, an
denen die Rotorflügel 10 mit ihren Seitenflächen 21, 22 in der jeweiligen Endstellung
flächig anliegen.
[0015] Am Übergang von der Innenwand 5 zur jeweiligen Seitenwand 23, 24 der Statorflügel
6 ist jeweils eine nutförmige Vertiefung 27, 28 vorgesehen, die als Schmutztasche
dient, in die beim Betrieb des Schwenkmotors im Hydraulikmedium befindliche Schmutzteilchen
verdrängt werden. Durch diese Vertiefungen 27, 28 wird somit verhindert, daß sich
die Schmutzteilchen zwischen den Seitenwänden der Rotorflügel 10 und der Statorflügel
6 festsetzen können. Dadurch ist gewährleistet, daß die Rotorflügel 10 in der jeweiligen
Endlage zuverlässig an den Seitenwänden der Statorflügel 6 anliegen.
[0016] Am Übergang von der radial innen liegenden, stetig gekrümmten Stirnseite 12 der Statorflügel
6 in die Seitenwände 25, 26 ist jeweils eine Vertiefung 29, 30 vorgesehen. Dadurch
wird erreicht, daß in der Anschlagstellung zwischen den Rotorflügeln 10 und den Statorflügel
6 im Bereich des Rotorgrundkörpers 9 Freiräume verbleiben, in die das Druckmedium
gelangen kann, um den Rotor 8 im Uhrzeigersinn relativ zum Stator 1 drehen zu können.
[0017] Da die Rotorflügel 10 im radial äußeren Bereich 17 verbreitert, im radial inneren
Bereich 18 hingegen schmal ausgebildet sind, kann der Rotor 8 gegenüber dem Stator
1 um einen verhältnismäßig großen Winkel gedreht werden, ohne daß die Außenabmessungen
des Stator 1 vergrößert werden müssen. Dennoch hat der Dichtspalt 16, der zwischen
der Stirnseite 11 der Rotorflügel 10 und der Innenwand 5 des Statorgehäuses 2 gebildet
wird, infolge des verbreiterten Bereiches 17 eine große Länge. Dadurch wird die Leckage
des Schwenkmotors erheblich verringert, da infolge der großen Spaltlange die beiden
Druckkammern 14, 15 beiderseits der Rotorflügel 8 effektiver abgedichtet sind. Auf
diese Weise ist sichergestellt, daß der Rotor 8 relativ zum Stator 1 während der Einsatzdauer
des Schwenkmotors stets um den gleichen Schwenkwinkel verdreht werden kann. Dadurch
ist gewährleistet, daß die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle während der gesamten
Einsatzdauer des Schwenkmotors genau verstellt werden kann.
[0018] Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ragen die Rotorflügel 8 mit dem Übergangsbereich 31, 32
(Fig. 2) zwischen den Stirnseiten 11 und den Seitenwänden 19, 20 in der jeweiligen
Anschlagstellung teilweise in die Vertiefungen 27, 28 im Bereich der Gehäuseinnenwand
5. Dies trägt dazu bei, daß der Rotor 8 trotz Verbreiterung seines radial äußeren
Abschnittes 17 um einen verhältnismäßig großen Schwenkwinkel gegenüber dem Stator
1 relativ gedreht werden kann.
[0019] Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die in Umfangsrichtung erfolgende
Verbreiterung der Rotorflügel 10 beispielsweise auch erst im letzten Drittel der Rotorflügel
erfolgen, so daß sich der schlanke Bereich 18 der Rotorflügel 10 über eine entsprechend
größere Länge radial erstreckt.
[0020] Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 sind die Rotorflügel 10 ebenfalls
im radial äußeren Bereich 17 in Umfangsrichtung verbreitert ausgebildet, während der
radial innere Bereich 18, der an den Grundkörper 9 anschließt, verhältnismäßig schmal
ausgebildet ist. Die ebenen Seitenwände 21, 22 des inneren Abschnittes 18 gehen stetig
gekrümmt in die ebenen Seitenwände 19, 20 des radial äußeren Bereiches 17 der Rotorflügel
10 über. Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform hat der radial äußere, in Umfangsrichtung
verbreiterte Bereich 17 der Rotorflügel 10 kleinere radiale Breite als bei der vorigen
Ausführungsform. Aufgrund dieser Gestaltung kann der verbreiterte Bereich 17 in Umfangsrichtung
noch länger ausgebildet sein als beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3. Die
zwischen der Gehäuseinnenwand 5 und den Seitenwänden 23, 24 der Statorflügel 6 liegenden
Vertiefungen 27, 28 sind dementsprechend in Umfangsrichtung tiefer ausgebildet als
beim vorigen Ausführungsbeispiel. Dadurch wird gewährleistet, daß der Rotor 8 trotz
der breiteren Endbereiche 17 seiner Rotorflügel 10 den gleichen Schwenkwinkel hat
wie der Rotor 8 gemäß den Fig. 1 bis 3. Die Außenabmessungen des Stators 1 sind gleich
wie beim vorigen Ausführungsbeispiel.
[0021] Der Stator 1 und der Rotor 8 sind im übrigen gleich ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 1 bis 3.
[0022] Die Fig. 7 bis 9 zeigen eine Ausführungsform, bei der der radial innere Bereich 18
der Rotorflügel 10, der an den zylindrischen Grundkörper 9 des Rotors 8 anschließt,
zwei etwa radial verlaufende ebene Seitenwände 21, 22 aufweist, die in Radialrichtung
kürzer sind als bei den beiden vorigen Ausführungsformen. Der radial äußere Abschnitt
17 der Rötorflügel 10 ist entsprechend der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 ausgebildet
und hat die ebenen, radial nach außen divergierenden Seitenflächen 19, 20. Diese Seitenflächen
19, 20 gehen jeweils über eine in Umfangsrichtung verlaufende Schulter 33, 34 in die
Seitenwände 21, 22 des radial innen liegenden Abschnittes 18 über.
[0023] Die Statorflügel 6 haben die von der Gehäuseinnenwand radial nach innen divergierenden
ebenen Seitenflächen 23, 24, an denen die Rotorflügel 10 in Anschlagstellung mit ihren
Seitenwänden 19, 20 flächig anliegen. Die Seitenwände 23, 24 schließen stumpfwinklig
an Seitenwände 35, 36 an, die eben sind und parallel zueinander verlaufen. An diesen
Seitenwänden 35, 36 liegen die Rotorflügel 10 in der jeweiligen Endlage mit einem
ebenen Boden 37, 38 von Vertiefungen 39, 40 flächig an, die in den Seitenwänden der
Rotorflügel 10 vorgesehen sind. Die Böden 37, 38 schließen etwa rechtwinklig an die
Schultern 33, 34 an, welche die Böden 37, 38 mit den Seitenflächen 21, 22 verbinden.
Die seitlichen Vertiefungen 39, 40 sind etwa in halber radialer Länge der Rotorflügel
10 vorgesehen.
[0024] Die Seitenwände 35, 36 der Statorflügel 6 schließen etwa rechtwinklig an Schulterflächen
41, 42 an, die nach innen gerichtet sind und die Seitenwände 35, 36 mit den Seitenflächen
25, 26 verbinden. Am freien Ende sind die Seitenflächen 25, 26 durch die Stirnseite
12 verbunden, mit der die Statorflügel 6 flächig am Grundkörper 9 des Rotors 8 anliegen.
Die beiden Seitenwände 25, 26 konvergieren radial nach innen. Dadurch wird in der
Anschlagstellung der Rotorflügel 10 (Fig. 7) zwischen den Seitenwänden 21, 22 der
Rotorflügel 10 und den Seitenwänden 25, 26 der Statorflügel 6 ein radial nach innen
sich erweiternder Freiraum 43 gebildet, in den das Hydraulikmedium gelangen kann,
wenn der Rotor 8 aus der in Fig. 7 dargestellten Anschlagstellung im Uhrzeigersinn
gegenüber dem Stator 1 gedreht werden soll. Wenn die Rotorflügel 10 dann mit ihrer
anderen Seitenfläche am benachbarten Statorflügel 6 anliegen, wird dort in gleicher
Weise ein entsprechender Freiraum gebildet.
[0025] In der jeweiligen Anschlagstellung ragen die Rotorflügel 10 mit dem Eckbereich ihrer
äußeren, verbreiterten Bereiche 17 in die taschenartigen Vertiefungen 27 bzw. 28,
die am Fuß der Statorflügel 6 vorgesehen sind.
[0026] Beim Drehen des Rotors 8 relativ zum Stator 1 wird das Medium, das sich in der in
Drehrichtung vor den Rotorflügeln 10 befindlichen Druckkammer befindet, zum Tank verdrängt,
während das Druckmedium in denjenigen Kammern, die sich in Drehrichtung hinter den
Rotorflügeln 10 befindet, unter Druck gesetzt wird. Aufgrund der Vertiefungen 27,
28 am Fuß der Statorflügel 6 sowie der Vertiefungen 29, 30 am freien Ende der Statorflügel
wird eine Dämpfwirkung erzielt, so daß die Rotorflügel 10 nicht stark gegen die Seitenwände
der Statorflügel 6 anschlagen. Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann der Rotor
8 relativ zum Stator 1 um einen großen Winkel drehen, da die Rotorflügel 10 am radial
inneren Teil 18 schmal sind. Dadurch läßt sich die Nockenwelle gegenüber der Kurvelwelle
mit diesem Schwenkmotor über einen großen Winkelbereich verstellen. Gleichzeitig wird
die Leckage des Schwenkmotors in erheblichem Maße verringert, da infolge der verbreiterten
Enden 17 der Rotorflügel 10 der Dichtspalt 16 zwischen der Stirnseite 11 der Rotorflügel
10 und der Gehäuseinnenwand 5 lang ist. Die Funktionsgrenzen des Schwenkmotors und
damit auch der Nockenwellenverstelleinrichtung werden dadurch im Vergleich zu den
herkömmlichen Systemen (Fig. 10) wesentlich erweitert. Die Rotorflügel 10 verbreitern
sich radial nach außen nicht stetig, sondern lediglich im äußeren Bereich 17.
1. Schwenkmotor für eine Nockenwellenverstelleinrichtung, mit einem Stator und einem
Rotor, die relativ zueinander drehbar sind und radial verlaufende Flügel aufweisen,
von denen die Flügel des Rotors an einer Innenwand des Stators und die Flügel des
Stators an einem Mantel eines Grundkörpers des Rotors mit ihren Stirnseiten anliegen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorflügel (10) von ihrer Stirnseite (11) aus in Richtung auf den Grundkörper
(9) des Rotors (8) unstetig verjüngt sind.
2. Schwenkmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der verbreiterte Bereich (17) der Rotorflügel (10) von seiner Stirnseite (11)
aus radial nach innen verjüngt.
3. Schwenkmotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der verbreiterte Bereich (17) über wenigstens ein Drittel der radialen Länge
des Rotorflügels (10) erstreckt.
4. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der verbreiterte Bereich (17) von der Stirnseite (11) des Rotorflügels (10) aus konvergierend
zueinander verlaufende Seitenflächen (19, 20) aufweist.
5. Schwenkmotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (19, 20) des verbreiterten Bereiches (17) eben sind.
6. Schwenkmotor nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (19, 20) des verbreiterten Bereiches (17) stumpfwinklig an die
Seitenflächen (21, 22) des radial inneren Bereiches (18) anschließen.
7. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (21, 22) des radial inneren Bereiches (18) annähernd parallel zueinander
verlaufen.
8. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der verbreiterte Bereich (17) an seiner Stirnseite (11) eine Breite hat, die etwa
der eineinhalbbis dreifachen Breite des radial inneren Bereiches (18) entspricht.
9. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (19, 20) des verbreiterten Bereiches (17) bogenförmig in die Seitenflächen
(21, 22) des radial inneren Bereiches (18) übergehen.
10. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang von den Seitenflächen (21, 22) des radial inneren Bereiches (18) in die
Seitenflächen (19, 20) des verbreiterten Bereiches (17) eine Vertiefung (33, 34) vorgesehen
ist.
11. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Statorflügel (6) am freien Ende an den Seitenflächen (23 bis 26) jeweils eine
Vertiefung (29, 30) aufweisen.
12. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang von den Seitenflächen (23 bis 26) der Statorflügel (6) in die Innenwand
(5) des Stators (1) eine Vertiefung (27, 28) vorgesehen ist.
13. Schwenkmotor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorflügel (10) in Anschlagstellung am Statorflügel (6) mit dem verbreiterten
Abschnitt (17) in die Vertiefung (27, 28) eingreift.
14. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Bereich (18) der Rotorflügel (10) über seine Länge annähernd konstante
Breite hat.