Nockenwelleneinsatz

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Nockenwelleneinsatz (9) für eine Nockenwelle (5), die insbesondere eine gebaute Nockenwelle sein kann. Der Nockenwelleneinsatz (9) trägt dabei einen Schwenkmotorverstellers (1). Innerhalb des Nockenwelleneinsatzes (9) ist ein mittels einer Federkraft belastbarer Druckspeicher (20) angeordnet.
Alternativ kann der Druckspeicher auch in der Nockenwelle angeordnet sein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 und dem nebengeordneten Patentanspruch 2 einen Nockenwelleneinsatz für eine Nockenwelle, der drehfest mit einem Rotor eines Schwenkmotorverstellers verbunden ist.

[0002] Aus der DE 100 50 225 A1 ist bereits ein elektrohydraulisches Ventil für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle bekannt. Dieses Ventil ist in ein Ventilgehäuse eingesetzt, in dem Kanäle mit Arbeitsanschlüssen A, B vorgesehen sind, die zu den Druckräumen vom Schwenkmotorversteller führen. Ein Stößel des elektrohydraulischen Ventils liegt an einer Kolbenstange an, die einteilig mit einem Kolben verbunden ist. Dieser Kolben ist dabei gegen eine Federkraft innerhalb eines Druckraumes im Ventilgehäuse verschieblich.

[0003] Die DE 10 2004 038 252 A1 zeigt ein Schwenkmotorversteller mit einem sogenannten Zentralventil. Bei einem Zentralventil ist das Ventil zur Betätigung des Schwenkmotorverstellers radial innerhalb des Rotors auf dessen Rotornabe angeordnet.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwenkmotorversteller zu schaffen, in dem platzsparend ein Druckspeicher vorgesehen ist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und dem nebengeordneten Patentanspruch 2 gelöst.

[0006] In besonders vorteilhafter Weise ist gemäß Patentanspruch 1 ein Druckspeicher in einem Nockenwelleneinsatz integriert, welcher den Rotor trägt.

[0007] Alternativ kann der Druckspeicher auch gemäß Patentanspruch 2 in der Nockenwelle angeordnet sein.

[0008] Dabei sind in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Nockenwelleneinsatz und ein Gewindezapfen zur drehfesten Befestigung des Rotors an der Nockenwelle einteilig ausgeführt. Damit kann der Nockenwelleneinsatz sehr dickwandig ausgeführt sein, wodurch eine Längsbohrung in diesen eingebracht werden kann. Diese Längsbohrung kann insbesondere das vom Druckspeicher kommende Hydraulikfluid - insbesondere Motoröl - zum zentralen Ventil leiten. Das zentrale Ventil kann dabei derart ausgeführt sein, dass von der Längsbohrung über ein kleine Querbohrung Hyraulikfluid einer Ringnut im Ventilkolben zugeleitet wird, welche durch Ringstege begrenzt ist. An diesen Ringstegen liegen die Ablaufkanten. Haben diese Ringstege gleichen Außendurchmesser, so ist das zentrale Ventil druckausgeglichen.

[0009] In besonders vorteilhafter Weise brauchen im Kraftfluss der Verschraubung keine Querbohrungen zu liegen, so dass hohe Axialkräfte übertragbar sind.

[0010] Die erfindungsgemäße folgend dargestellte Konstruktion ermöglicht es, dass die Bereiche des Nockenwelleneinsatzes mit Querbohrungen für die Arbeitsanschlüsse A, B frei von Zugkräften gehalten werden, wobei diese Bereiche beim Anziehen der Mutter lediglich mit Torsionskräften belastet sind.

[0011] In besonders vorteilhafter Weise kann ein Rückschlagventil vorgesehen sein, dass Leckageverluste an der Drehdurchführung für das Fluid - insbesondere Motoröl - vermindert.

[0012] Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

[0013] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausgestaltungsformen näher erläutert.

[0014] Dabei zeigen

Fig. 1 konstruktiv einen Nockenwellentrieb in einer ersten Ausgestaltungsform und

Fig. 2 schematisch einen Nockenwellentrieb in einer zweiten Ausgestaltungsform

[0015] Fig. 1 zeigt einen Nockenwellentrieb mit einem Schwenkmotorversteller 1, wie ein solcher auch bereits in der DE 100 50 225 A1 dargestellt ist. Im Gegensatz zur DE 100 50 225 A1 ist ein Hydraulikteil 2 eines Ventils 3 jedoch als zentrales Ventil - d.h. Zentralventil - ausgeführt. Der Schwenkmotorversteller 1 umfasst einen über eine Verzahnung 48 von einer Kurbelwelle bzw. einer anderen Nockenwelle angetriebenen Stator 4. Dazu greift in diese Verzahnung 48 eine Kette, ein Zahnriemen oder ein weiteres Zahnrad ein. Ferner umfasst der Schwenkmotorversteller 1 einen Rotor 6, der gegenüber dem Stator 4 verschwenkbar angeordnet ist. Dazu unterteilen Flügel 49 des Rotors 6 nicht näher dargestellte Kammern des Stators 4 in gegenläufige Druckkammern.

[0016] Der Nockenwellentrieb umfasst eine Nockenwelle 5, die beidseitig in nicht näher dargestellten Nockenwellenlagern gelagert ist. Diese Nockenwelle 5 weist nicht näher dargestellte Nocken auf, mit denen Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors betätigbar sind. Die Nockenwelle 5 ist als gebaute Nockenwelle ausgeführt. Dabei ist der Grundkörper der Nockenwelle 5 ein Hohlrohr, auf das Nocken aufgeschrumpft bzw. aufgepresst sind. In das schwenkmotorseitige Ende ist eine Passung 7 in den Innenraum der Hohlwelle gedreht, der einen Innenzapfen 8 eines Nockenwelleneinsatz 9 aufnimmt.

[0017] Außerhalb der Nockenwelle 5 ist der Nockenwelleneinsatz 9 als Rotorträger 10 ausgeformt, der einen größeren Durchmesser aufweist, als der Innenzapfen 8. Am hinteren Ende weist der Nockenwelleneinsatz 9 einen Gewindezapfen 11 auf, dessen Gewindedurchmesser kleiner ist, als der Durchmesser des Rotorträgers 10. Auf diesen Gewindezapfen 11 ist eine Mutter 12 aufgeschraubt, welche den Rotor 6 drehfest gegen einen Absatz 13 des Rotorträgers 10 verspannt. Dazu ist ein radial von einer Rotornabe 14 radial nach innen ragender ringförmiger Ansatz 15 axial zwischen der Mutter 12 und dem Absatz 13 des Nockenwelleneinsatzes 9 verspannt. Dieser Absatz 13 grenzt den Rotorträger 10 vom Gewindezapfen 11 ab. Die Rotornabe 14 ist auf den hinteren Bereich des Rotorträgers 10 aufgesetzt.

[0018] Hingegen ragt der vordere Bereich des Rotorträgers 10 durch ein Lagerauge 16 eines Zylinderkopfteils 17, welches diesen Rotorträger 10 lagernd aufnimmt. Dabei ist in das Zylinderkopfteil 17 eine Ringnut 18 eingearbeitet, welcher von einer nicht näher dargestellten Ölpumpe Motoröl zugeführt wird, so dass dieser Ringnut 18 einen Druckanschluss P bildet. In diese Ringnut 18 ist ein bandförmiges Rückschlagventil 50 eingesetzt, welches verhindert, das infolge von Nockenwellenwechselmomenten Motoröl in die Ölpumpe zurückströmen kann. Von diesem Druckanschluss P wird das unter Druck stehende Motoröl in eine Querbohrung 19 des Rotorträgers 10 einspeist. Von dieser durchgehenden Querbohrung 19 teilt sich der Fluss des Motoröls auf einen Druckspeicher 20 und eine zum Ventil 3 führende Längsbohrung 21 in dem Rotorträger 10 auf. Diese Längsbohrung 21 ist an deren zum Motorinnenraum weisenden Ende mit einer eingepressten Kugel 22 verschlossen.

[0019] Der Druckspeicher 20 ist in einem vorderen Bereich des Nockenwelleneinsatzes 9 koaxial zu dessen Zentralachse 23 ausgerichtet. Ein Druckraum 24 des Druckspeichers 20 wird von einem Sackloch 25 gebildet, das von vorne in den Nockenwelleneinsatz 9 gearbeitet ist. In diesem Sackloch 25 ist ein Hydraulikkolben 26 axialverschiebbar geführt, der mit einer vom Druckraum 24 hinfort weisenden Richtung Kolbenstange 27 bewegungsfest verbunden ist. Diese Kolbenstange 27 ragt mit radialem Spiel durch einen Ring 28, der im Eintrittsbereich des Sackloches 25 fest in den Innenzapfen 8 eingepresst ist. An diesem Ring 28 stützt sich ein Ende einer Schraubendruckfeder 29 ab, deren anderes Ende an dem Hydraulikkolben 26 abgestützt ist. Das radiale Spiel zwischen der Kolbenstange 27 und dem Ring 28 ermöglicht den Durchtritt von Luft bzw. Motoröl, so dass der Hydraulikkolben 26 frei verschieblich ist, ohne dass das aus einem Federraum zu verdrängende Volumen zu hohen Strömungswiderständen führt. Damit bildet sich der mittels einer Federkraft belastbare Druckspeicher 20.

[0020] Fluchtend zu diesem Druckspeicher 20 ist ein Hydraulikteil 2 im Nockenwelleneinsatz 9 angeordnet. Zwischen dem Druckspeicher 20 und dem Hydraulikteil 2 liegt dabei eine Trennwand 30. An dieser Trennwand 30 stützt sich ein Ende einer weiteren Schraubendruckfeder 31 ab, deren anderes Ende an einem Boden 32 eines Ventilkolbens 33 abgestützt ist. Dazu ragt dieses andere Ende in eine Führungsausnehmung 34 des Ventilkolbens 33 bis zum Ausnehmungsgrund, in dem der Boden 32 liegt.

[0021] Der Ventilkolben 33 ist in einem zentralen Sackloch 35 axial geführt. Das Sackloch 35 ist im Bereich des Gewindezapfens 11 geöffnet. Dabei bildet der Eintrittsbereich dieses Sackloches 35 den ersten Tankabfluss T1.

[0022] Der Ventilkolben 33 weist eine breite Ringnut 36 auf, so dass beiderseits der Ringnut 36 Ringstege 37, 38 verbleiben, die jeweils beiderseits Ablaufkanten 39, 40, 41, 42 bilden. Die einander zugewandten Ablaufkanten 40, 41 dienen dabei dem Zulauf zu einem Arbeitsanschluss A bzw. B. Die voneinander abgewandten Ablaufkanten 39, 42 bilden den Ablauf zu einem Tankabfluss T1 bzw. T2.

[0023] Der Ringnut 36 kann Motoröl über eine Querbohrung 43 zugeführt werden. Diese Querbohrung 43 ist in der Wand 44 des Rotorträgers 10 vorgesehen und bildet dabei den Speicheranschluss S. Die Querbohrung 43 kreuzt die Längsbohrung 21. Damit ist der Speicheranschluss S über die vorderste Querbohrung 19 sowohl mit dem Druckraum 24 als auch mit dem Druckanschluss P verbunden.

[0024] Axial zwischen dem Ventilkolben 33 und der Trennwand 30 ist ein Raum 45 eingeschlossen, der über eine Querbohrung 46 zu dem zweiten Tankabfluss T2 führt. Dieser zweite Tankabfluss T2 liegt axial zwischen dem Zylinderkopfteil 17 und dem Schwenkmotorversteller 1. Ferner liegt dieser zweite Tankabfluss T2 axial

• zwischen dem Speicheranschluss S einerseits und
• den beiden Arbeitsanschlüssen A, B und dem Druckanschluss P andererseits.

[0025] An dem Ventilkolben 33 liegt außen - d.h. vom dem Eintrittsbereich kommend - ein gestrichelt dargestellter Stößel 47 eines elektromagnetischen Linearstellgliedes an, welches ansonsten nicht näher dargestellt ist.

[0026] Ist der Stößel 47 maximal ausgerückt, so wird das Motoröl von der Ringnut 36 kommend über der Arbeitsanschluss A in die der einen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern des Schwenkmotorverstellers 1 geleitet. Hingegen wird das Motoröl aus den der entgegen gesetzten Drehrichtung zugeordneten Druckkammern über den Arbeitsanschluss B zum ersten Tankabfluss T1 geleitet. Dabei schwenkt der Rotor 6 mitsamt der Nockenwelle 5 gegenüber dem Stator 4 in die eine Drehrichtung.

[0027] Ist der Stößel 47 hingegen maximal eingefahren, so wird das Motoröl von der Ringnut 36 kommend über der Arbeitsanschluss B in die der anderen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern des Schwenkmotorverstellers 1 geleitet. Zugleich wird das Motoröl aus den dieser anderen Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung zugeordneten Druckkammern über den Arbeitsanschluss A zum zweiten Tankabfluss T2 geleitet. Dabei schwenkt der Rotor 6 mitsamt der Nockenwelle 5 gegenüber dem Stator 4 in die andere Drehrichtung.

[0028] Dabei ist das Spiel zwischen dem Ventilkolben 33 und dem Sackloch 35 so im Verhältnis zu den axialen Abständen zwischen den Arbeitsanschlüssen A,B und den Ablaufkanten 39 bis 42 dimensioniert, dass in einer mittigen Stellung des Ventilkolbens 33 Druck auf die den beiden Drehrichtungen zugeordneten Druckkammern gegeben wird. In der mittigen Stellung wird demzufolge der Hydraulikdruck mit einer leichten Überschneidung gesteuert.

[0029] Der Hydraulikkolben 26 im Druckspeicher 20 muss nicht unbedingt eine Kolbenstange 27 aufweisen. Ist die Führungslänge des Hydraulikkolbens 26 ausreichend, kann auch der gesamte Durchmesser in dem Ring 28 für einen großen Volumenstrom genutzt werden.

[0030] Da die Nockenwelle eine relativ geringe Drehzahl aufweist, spielen Unwuchten eine untergeordnete Rolle. Jedoch können zur Reduktion der Unwucht die der Längsbohrung und die Querbohrungen im Nockenwelleneinsatz umfangsmäßig so verteilt sein, dass die Unwucht nur gering ist.

[0031] Ist im Boden 32 des Ventilkolbens 33 eine Öffnung vorgesehen, so kann das Sackloch 35 auch geschlossen sein, so dass in beiden Drehrichtung die Entlastung gegen Tank nur über den einen Tankablauf T2 erfolgt, der damit den einzigen Tankablauf bildet. In dem Fall ragt der Stößel durch eine abgedichtete Öffnung im Nockenwelleneinsatz 9.

[0032] Der Hydraulikkolben 26 kann auch direkt in der Nockenwelle 5 geführt werden, wenn diese entsprechend der Zeichnung mit einem Hohlrohr als Grundkörper ausgeführt ist.

[0033] Der Ring 28 kann auch direkt in der Nockenwelle 5 axial abgestützt sein.

[0034] Das bandförmige Rückschlagventil 50 kann auch in eine Ringnut im Nockenwelleneinsatz 9 eingesetzt sein. Damit kann verhindert werden, dass Leckageverluste an der Übergabestelle vom Lagerauge 16 zum Nockenwelleneinsatz 9 entstehen.

[0035] Eine mögliche Ausführungsform eines bandförmigen Rückschlagventils ist in der US 7,600,531 B2 dargestellt.

[0036] Fig. 2 zeigt in einer alternativen Ausgestaltungsform das hydraulische Schema eines Nockenwelleneinsatzes 57 mit integriertem Rückschlagventil 63.

[0037] Dabei ist der Schwenkmotornockenwellenversteller 51 analog der ersten Ausgestaltungsform aufgebaut. Jedoch ist die Übergabestelle des Motoröls von einem Zylinderkopfteil 52 an eine Ringnut 53 axial zwischen einem elektromagnetischen Stellglied 54 und dem Schwenkmotornockenwellenversteller 51 angeordnet. Der Nockenwelleneinsatz 57 ragt somit als Zapfen 59 über den Schwenkmotornockenwellenversteller 51 hinaus. Dabei ist der Zapfen 59 in Zylinderkopfteil 52 aufgenommen. Ein von einer Ölpumpe 60 kommender Kanal 61 führt in eine Bohrung 62, welche das Motoröl in die Ringnut 53 des Nockenwelleneinsatzes 57 leitet. Von der Ringnut 53 wird das Motoröl über das Rückschlagventil 63 einerseits zu einem Druckspeicher 58 und anderseits zu einem Ventilkolben 55 geleitet.

[0038] Analog der ersten Ausgestaltungsform ist dieser Ventilkolben 55 mittels einer Schraubendruckfeder 56 axial am Nockenwelleneinsatz 57 abgestützt. Der Ventilkolben 55 ist ebenfalls fluchtend zu dem Druckspeicher 58 ausgerichtet, der - wie zeichnerisch dargestellt - unmittelbar im Nockenwelleneinsatz 57 angeordnet sein kann. Alternativ kann der Druckspeicher 58 auch in der Nockenwelle angeordnet sein.

[0039] Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Bezugszeichenliste

[0040] 

1

Schwenkmotornockenwellenversteller

2

Hydraulikteil

3

Ventil

4

Stator

5

Nockenwelle

6

Rotor

7

Passung

8

Innenzapfen

9

Nockenwelleneinsatz

10

Rotorträger

11

Gewindezapfen

12

Mutter

13

Absatz

14

Rotornabe

15

Ansatz

16

Lagerauge

17

Zylinderkopfteil

18

Ringnut

19

Querbohrung

20

Druckspeicher

21

Längsbohrung

22

Kugel

23

Zentralachse

24

Druckraum

25

Sackloch

26

Hydraulikkolben

27

Kolbenstange

28

Ring

29

Schraubendruckfeder

30

Trennwand

31

Schraubendruckfeder

32

Boden

33

Ventilkolben

34

Führungsausnehmung

35

Sackloch

36

Ringnut

37

Ringsteg

38

Ringsteg

39

Ablaufkante

40

Ablaufkante

41

Ablaufkante

42

Ablaufkante

43

Querbohrung

44

Wand

45

Raum

46

Querbohrung

47

Stößel

48

Verzahnung

49

Flügel

50

Rückschlagventil

51

Schwenkmotornockenwellenversteller

52

Zylinderkopfteil

53

Ringnut

54

Elektromagnetisches Stellglied

55

Ventilkolben

56

Schraubendruckfeder

57

Nockenwelleneinsatz

58

Druckspeicher

59

Zapfen

60

Ölpumpe

61

Kanal

62

Bohrung

63

Rückschlagventil

Ansprüche

1. Nockenwelleneinsatz (9) für eine Nockenwelle (5), der drehfest mit einem Rotor (6) eines Schwenkmotorverstellers (1) verbunden ist, wobei innerhalb des Nockenwelleneinsatzes (9) ein mittels einer Federkraft belastbarer Druckspeicher (20) angeordnet ist.

2. Nockenwelleneinsatz (57) für eine Nockenwelle (5), der drehfest mit einem Rotor (6) eines Schwenkmotorverstellers (51) verbunden ist, wobei ein mittels einer Federkraft belastbarer Druckspeicher (58) in der Nockenwelle (5) angeordnet ist.

3. Nockenwelleneinsatz nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikteil (2) eines Ventils (3 bzw. 55) radial innerhalb des Rotors (6) angeordnet ist.

4. Nockenwelleneinsatz nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikteil (2) fluchtend zum Druckspeicher (20 bzw. 58) angeordnet ist.

5. Nockenwelleneinsatz nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (20) vom Hydraulikteil (2) mittels einer Wand (30) getrennt ist, an welcher ein erstes Ende einer Schraubendruckfeder (31) zumindest mittelbar abgestützt ist, deren zweites Ende an einem Ventilkolben (33) abgestützt ist.

6. Nockenwelleneinsatz nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisches Stellglied auf einer Seite des Ventilkolbens (33) abgestützt ist, auf dessen anderer Seite das zweite Ende der Schraubendruckfeder (31) abgestützt ist, wobei dem Ventilkolben (33) über einen vom Druckspeicher (20) kommenden Speicheranschluss (S) Fluid zugeführt wird, welches über zwei Ablaufkanten (40, 41) wechselweise mit einer Überschneidungssteuerung auf zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) aufteilbar ist, die in gegenläufige Druckkammern beiderseits von zumindest einem Flügel (49) des Rotors (6) führen.

7. Nockenwelleneinsatz nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (20) einen Druckraum (24) aufweist, dem das Fluid vom einem Druckanschluss (P) zugeführt wird.

8. Nockenwelleneinsatz nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (20) von einem axial verschiebbaren Hydraulikkolben (26) begrenzt wird, welcher auf dessen von dem Druckraum (24) hinfort weisenden Seite mittels einer Schraubendruckfeder (29) an einem axial nockenwellenfesten Teil (Ring 28) abgestützt ist.

9. Nockenwelleneinsatz nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckspeicher (20) das Fluid von einem Kanal (19) zugeführt wird, dem das Fluid aus einer Ringnut (18) zugeführt wird, welche in einem Zylinderkopfteil (17) vorgesehen ist.

10. Nockenwelleneinsatz nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen einem in einen Druckraum (24) des Druckspeichers (20) führenden Druckanschluss (P) und den Arbeitsanschlüssen (A, B) ein Tankanschluss (T2) liegt.

11. Nockenwelleneinsatz nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwelleneinsatz (9) einen Innenzapfen (8) aufweist, der in die hohle Nockenwelle (5) eingepresst ist.

12. Nockenwelleneinsatz nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (5) gebaute ist.

13. Nockenwelleneinsatz nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwelleneinsatz (9) und ein Gewindezapfen (11) zur drehfesten Befestigung des Rotors (6) an der Nockenwelle (5) einteilig ausgeführt sind.

14. Nockenwelleneinsatz nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwelleneinsatz (9) einen Gewindezapfen (11) aufweist, auf den eine Mutter aufgeschraubt ist, welche den Rotor (6) drehfest gegen einen Absatz (13) des Nockenwelleneinsatzes (9) verspannt.

15. Nockenwelleneinsatz nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (63) im hydraulischen Fluss zwischen einer Ölpumpe (60) und dem Druckspeicher (20) vorgesehen ist.

Zeichnung