DE102009022869A1

DE102009022869A1 - Flügelzellennockenwellenverstellersystem

Info

Publication number: DE102009022869A1
Application number: DE102009022869A
Authority: DE
Inventors: Matthias Lang; Marius Cornea
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-12-09
Also published as: KR20100128231A; US20100300388A1

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Flügelzellennockenwellenverstellersystem zu schaffen, das den verschiedenen Anforderung verschiedener Motoren gerecht wird. Dazu ist erfindungsgemäß ein Baukastensystem für die Ventile eines Flügelzellennockenwellenverstellersystems vorgesehen. Es werden zwei verschiedene Ausgestaltungen von Ventilen vorgeschlagen. Bei der einen Ausgestaltung kann ein Ventil mit Mittenverriegelung und ohne Mittelverriegelung mit der gleichen Buchse gebaut werden. Bei der anderen Ausgestaltung kann ein Ventil mit und ohne besonderer Nockenwellenwechselmomentennutzung mit der gleichen Buchse gebaut werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flügelzellennockenwellenverstellersystem nach dem einteilig gefassten Patentanspruch 1 bzw. dem einteilig gefassten Patentanspruch 2.
Aus der DE 10 2004 039 800 B4 ist bereits ein Flügelzellennockenwellenverstellersystem für einen Antriebsmotor bekannt. Der Flügelzellennockenwellenversteller umfasst einen Rotor mit fünf Flügeln, die umfangsmäßig zwischen radial nach innen gerichteten Stegen eines Stators angeordnet sind. Die Flügel teilen jeweils einen Druckraum in zwei gegenläufigen Hydraulikkammern. Ein Druckraum dieser fünf Druckräume weist einen parallel zu einer Zentralachse ausgerichteten federbelasteten Verriegelungsstift auf. Befindet sich dieser Verriegelungsstift in einer Verriegelungsstellung, so ist der Rotor gegen den Stator in einer zwischen den Endstellungen von „Früh” und „Spät” liegenden Zwischenstellung festsetzt.
Eine Verriegelung in einer solchen Zwischenstellung, die weder in der Endstellung von „Früh” noch in der Endstellung von „Spät” liegt, wird im allgemeinen auch als Mittenverriegelung bezeichnet, auch wenn diese Mittenverriegelung nicht exakt mittig zwischen den beiden Endstellungen erfolgt.
Die beiden Hydraulikkammern des Flügelzellennockenwellenverstellers gemäß DE 10 2004 039 800 B4 sind von einem elektrohydraulischen 4/4-Wegeventil mit einem Magnetteil als Stellglied ansteuerbar. Dazu weist dieses Ventil

– einen ersten Arbeitsanschluss A für die erste Hydraulikkammer,
– einen zweiten Arbeitsanschluss B für die zweite Hydraulikkammer,
– einen Tankanschluss T und
– einen Versorgungsanschluss P

Beim Starten des Antriebsmotors können mittels des 4/4-Wegeventils in einem ersten Zustand durch gleichzeitiges hydraulisches Verschalten der beiden Arbeitsanschlüsse die beiden Hydraulikkammern gegenüber dem Tankanschluss T in einen drucklosen Zustand entlastet werden. In diesem drucklosen Zustand kann der Verriegelungsstift in die Verriegelungsstellung gelangen. Das 4/4-Wegeventil ist dabei in cartridge-Bauweise ausgeführt. Es umfasst eine Buchse, innerhalb derer ein hohler Kolben axial verschieblich geführt ist. Dazu weist der Kolben an dem einen Ende einen Topfboden auf, der sich federkraftbelastet an einem elektromagnetisch verschieblichen Stößel des Magnetteils abstützt. Die Buchse weist drei axial benachbart angeordnete Ausnehmungen auf. Der Kolben weist hingegen umlaufende Steuerringnuten auf. Durch Verschiebung der Axiallage der Steuerringnuten gegenüber den drei Ausnehmungen wird ein vom Versorgungsanschluss P kommendes Hydraulikfluid auf die beiden Arbeitsanschlüsse A, B bzw. auf den Tankanschluss T geführt.
Die DE 103 44 816 B4 betrifft ein weiteres Flügelzellennockenwellenverstellersystem für einen Antriebsmotor. Ein 6/4-Wegeventil in cartridge-Bauweise weist ebenfalls eine Buchse und einen innerhalb dieser angeordneten Kolben auf. Das 6/4-Wegeventil weist einen separate Stellung auf, um Hydraulikfluid aus den beiden Hydraulikkammern abzuführen, so dass zwei federbelastete Verriegelungen in einer Zwischenstellung verriegeln können, die weder in der Endstellung von „Früh” noch in der Endstellung von „Spät” liegt. Diese beiden Verriegelungen sind radial ausgerichtet und in einem Steg des Stators angeordnet. Einer der drei Anschlüsse des 6/4-Wegeventils ist ausschließlich den beiden Verriegelungen zugeordnet.
Aus der DE 10 2006 012 733 B4 bzw. der DE 10 2006 012 775 B4 ist ein Flügelzellennockenwellenverstellersystem mit einem 4/3-Wegeventil bekannt. Dieses Ventil ist in cartridge-Bauweise ausgeführt. In die Buchse sind innenseitig Rückschlagventile eingesetzt, die als bandförmige Ringe ausgeführt sind. Mittels diesen Rückschlagventilen werden Nockenwellenwechselmomente genutzt, um den Nockenwellenversteller besonders schnell bzw. mit einem relativ geringen Öldruck verstellen zu können.
Aus der DE 44 22 742 C2 ist bereits ein elektrohydraulisches Ventil bekannt, welches

– einen Versorgungsanschluss P,
– einen ersten Arbeitsanschluss A,
– einen zweiten Arbeitsanschluss B und
– einen Tankanschluss T

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Flügelzellennockenwellenverstellersystem zu schaffen, dass den verschiedenen Anforderungen verschiedener Motoren gerecht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und Patentanspruch 2 gelöst.
Dazu ist ein Baukastensystem für die Ventile eines Flügelzellennockenwellenverstellersystems vorgesehen. Es werden zwei verschiedene Ausgestaltungen von Ventilen vorgeschlagen. Bei der einen Ausgestaltung kann ein Ventil mit Mittenverriegelung und ohne Mittenverriegelung mit der gleichen Buchse gebaut werden. Bei der anderen Ausgestaltung kann ein Ventil mit und ohne besondere Nockenwellenwechselmomentennutzung mit der gleichen Buchse gebaut werden.
Gemäß Patentanspruch 1 wird eine konstruktive Ausgestaltung insbesondere eines Ventils des Flügelzellennockenwellenverstellersystems gezeigt, die eine Mittenverriegelung bei einem kostengünstigen Ventil ermöglicht. Das Ventil gemäß Patentanspruch 2 weist konstruktiv gleichartig ausgestaltete Details für ein Flügelzellennockenwellenverstellersystem mit Nutzung der Nockenwellenwechselmomente auf.
Gemäß einem Vorteil der Erfindung ist ausschließlich an dem dem Magnetteil zugewandten Kolbenende – d. h. dem magnetseitigen Kolbenende – eine zum Tankanschluss T führende quer zur Zentralachse ausgerichtete Abflussausnehmung vorgesehen. Hingegen ist das andere Ende als den Kolben abschließende Steuerkante zur Leitung von Hydraulikfluid zum Tankanschluss T ausgebildet. Damit werden zum einen Kostenvorteile erzielt, da der Kolben somit relativ wenig mit Ausnehmungen – insbesondere Querbohrungen – versehen sein muss. Auch kann der Kolben relativ kurz ausgestaltet sein, wodurch Material am Kolben aber auch an der Buchse eingespart werden kann. Ferner kann eine Schraubendruckfeder zur Federbelastung des Kolbens gegen einen Stößels des Magnetteils relativ kurz ausgestaltet sein, da diese Schraubendruckfeder sich relativ nahe dem Kolbenende abstützen kann. Mit der kurzen Baulänge des 4/4-Wegeventils gehen auch Bauraumvorteile einher.
In besonders vorteilhafte Weise sind die Buchse und der Kolben gemäß Patentanspruch 1 und 2 derart konstruiert, dass eine Konstruktionsfamilie von Ventilen für Flügelzellennockenwellenverstellern geschaffen werden kann, die nur geringe konstruktive Abweichungen zwischen den Ventilen ermöglicht. Diese Ventile können insbesondere

– ein 4/4-Wegeventil mit einer besonderen Ablassstellung für die Mittenverriegelung, jedoch ohne Rückschlagventile zur besonderen Nockenwellenwechselmomentennutzung und
– ein 4/4-Wegeventil mit einer besonderen Ablassstellung für die Mittenverriegelung und mit Rückschlagventilen zur besonderen Nockenwellenwechselmomentennutzung und
– ein 4/3-Wegeventil ohne besondere Ablassstellung für die Mittenverriegelung und mit Rückschlagventilen zur besonderen Nockenwellenwechselmomentennutzung und
– ein 4/3-Wegeventil ohne besondere Ablassstellung für die Mittenverriegelung und ohne Rückschlagventilen zur besonderen Nockenwellenwechselmomentennutzung sein. Insbesondere die Magnetteile können dabei gleich ausgestaltet sein. Die Kolben eines Ventils ohne Mittenverriegelung brauchen sich von den Kolbens mit Mittenverriegelung nur dadurch unterscheiden, dass bei der komplexeren Variante mit Mittenverriegelung
– zum einen ein mittiger Außensteg vorgesehen ist, der die Ringnut in zwei Ringnuten teilt und
– zum anderen ein magnetseitiger Außensteg mittels einer Ringnut in zwei Außenstege geteilt ist.

Zur konstruktiven Umsetzung ist bei den Gegenständen gemäß den beiden Patentansprüchen benachbart zur Abflussausnehmung am Kolben eine umlaufende Rippe vorgesehen, an welcher ein vom magnetseitigen Arbeitsanschluss B kommender hydraulischer Fluss vorbei zur Abflussausnehmung führbar ist. Zudem ist zwischen dem Magnetteil und dem zweiten Arbeitsanschluss B ein Bereich mit gegenüber der Lauffläche erweitertem Innendurchmesser vorgesehen, so dass sich zwischen diesem Innendurchmesser und der Lauffläche eine von der Rippe blockierbare Ablaufkante bildet. Dadurch, dass somit stets eine umlaufende Rippe die Ablaufkante zur Ausnehmung des Arbeitsanschlusses B bildet, muss der Kolben nicht winkelorientiert gegenüber der Buchse eingebaut sein. Auch auf eine Verdrehsicherung zwischen der Buchse und dem Kolben kann aus diesem Grund kostensparend verzichtet werden. Würde die Abflussausnehmung hingegen direkt die Ablaufkante gegenüber der Ausnehmung des zweiten Arbeitsanschlusses B bilden, so wäre ein teure Winkelorientierung von Nöten. Die erfindungsgemäße Lösung mit einer umlaufenden Rippe für die Blockierung/Freigabe zur Abflussausnehmung zum Kolben ermöglicht es hingegen, den Kolben direkt auf der Lauffläche laufen zu lassen, welche von der Ausnehmung für den Arbeitsanschluss B durchsetzt ist. Gleiches gilt für die bereits im vorhergehenden Absatz erläuterte Ausgestaltung des anderen Kolbenendes als Steuerkante. Auch dieses federseitige Kolbenende kann unmittelbar auf der Lauffläche im Bereich der diese Lauffläche durchsetzenden Ausnehmung des ersten Arbeitsanschlusses A gleiten, so dass der Kolben auch an diesem Kolbenende keiner Winkelorientierung bzw. Verdrehsicherung bedarf. Die Lauffläche kann damit kostengünstig als im gesamten Laufbereich durchgehende Bohrung ausgeführt sein. Die Innenbearbeitung der Lauffläche kann dabei mit einer hochwertigen Oberflächenbehandlung durchgeführt werden.
Dabei kann in besonders vorteilhafter Weise der Innendurchmesser der Buchse im axialen Bereich zwischen dem Magnetteil und dem diesem am nächsten stehenden Außensteg mit einem gegenüber der Lauffläche erweiterten Innendurchmesser ausgeführt sein. Damit ist es für die Außenbearbeitung der Buchse möglich, diese fest in ein Werkzeug – beispielsweise ein Dreibackenfutter – einzuspannen, ohne dass dabei die Buchse soweit plastisch verformt wird, dass die Lauffläche funktionsunfähig wird.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Dabei zeigen
1 einen Flügelzellennockenwellenversteller,
2 eine Schnittdarstellung eines 4/4-Wegeventils in einer ersten Ausgestaltungsform, wobei dieses einen elektrisch betätigbaren Magnetteil mit einem Anschlussstecker und einen Hydraulikteil zeigt, der eine besondere Ablassstellung für eine Mittenverriegelung – jedoch keine Rückschlagventile zur besonderen Nockenwellenwechselmomentnutzung – aufweist,
3 eine entlang Linie II-II von 1 geschnittene Darstellung des Hydraulikteils,
4 ein hydraulisches Schaltzeichen des 4/4-Wegeventils von 2 und 3,
5 analog 2 den Hydraulikteil in einer ersten Position, in welcher beim Abschalten, Stillsetzen oder Starten des Antriebsmotors durch gleichzeitiges hydraulisches Verschalten der beiden Arbeitsanschlüsse A, B die beiden Hydraulikkammern gegenüber dem Tankanschluss T in einen drucklosen Zustand entlastet werden,
6 den Hydraulikteil gemäß 5 in einer zweiten Position,
7 den Hydraulikteil in einer dritten Position,
8 den Hydraulikteil in einer vierten Position,
9 den Kolben des 4/4-Wegeventils aus 2 bis 8 als Einzelteil in einer perspektivischen Ansicht,
10 einen anderen Kolben für ein Ventil eines Flügelzellennockenwellenverstellersystems in einer zweiten Ausgestaltungsform, das jedoch im Gegensatz zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel keine Mittenverriegelung aufweist,
11 ein 4/3-Wegeventil mit dem Kolben gemäß 10,
12 eine entlang Linie XII-XII von 11 geschnittene Darstellung des Hydraulikteils des 4/3-Wegeventils,
13 ein hydraulisches Schaltzeichen des 4/3-Wegeventils von 11 und 12,
14 bis 16 analog 2 bis 4 – jedoch in einer dritten Ausgestaltungsform – den Hydraulikteil für ein elektrohydraulisches 4/4-Wegeventil eines Flügelzellennockenwellenverstellersystems und
17, 18 und 19 in einer vierten Ausgestaltungsform den Hydraulikteil für ein elektrohydraulisches 4/3-Wegeventil eines Flügelzellennockenwelleverstellersystems.
Mit einem Flügelzellennockenwellenversteller wird während des Betriebes eines verbrennungsmotorischen Antriebsmotors die Winkellage zwischen einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle und einer Nockenwelle 127 verändert. Dabei werden die Öffnungs- und Schliesszeitpunkte der Gaswechselventile durch Verdrehen der Nockenwelle 127 so verschoben, dass der verbrennungsmotorische Antriebsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung und/oder bestmögliche Abgasemissionen bringt. Der Flügelzellennockenwellenversteller ermöglicht dabei eine stufenlose Verstellung der Nockenwelle 127 relativ zur Kurbelwelle. Der Flügelzellennockenwellenversteller hat einen zylindrischen Stator 101, der drehfest mit einem nicht näher dargestellten Zahnrad verbunden ist. Dieses Zahnrad kann beispielsweise ein Kettenrad sein, über das eine Kette geführt ist. Das Zahnrad kann aber auch ein Zahnriemenrad sein, über das eine Antriebsriemen als Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement und das Zahnrad ist der Stator 101 mit der Kurbelwelle in bekannter Weise antriebsverbunden.
Der Stator 101 umfasst einen zylindrischen Statorgrundkörper 103, an dessen Innenseite radial nach innen in umfangsmäßig gleichen Abständen Stege 104 abstehen. Zwischen benachbarten Stegen 104 werden Druckräume 105 gebildet, in die Druckmedium eingebracht wird. Die Einbringung dieses Druckmediums erfolgt gesteuert bzw. geregelt mittels eines in den Folgefiguren dargestellten 4/4-Wege-Ventils bzw. 4/3-Wege-Ventils. Zwischen benachbarten Stegen 104 ragen Flügel 106, die radial nach außen von einem zylindrischen Rotorgrundkörper 107 eines Rotors 108 abstehen. Diese Flügel 106 unterteilen die Druckräume 105 zwischen den Stegen 104 jeweils in zwei Hydraulikkammern 109 und 110.
Die Stege 104 liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der Außenmantelfläche des Rotorgrundkörpers 107 an. Die Flügel 106 ihrerseits liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der zylindrischen Innenwand des Statorgrundkörpers 103 an.
Der Rotor 108 ist drehfest mit der Nockenwelle 127 verbunden. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle 127 und der Kurbelwelle zu verändern, wird der Rotor 108 relativ zum Stator 101 gedreht. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Druckmedium in den ersten Hydraulikkammern 109 bzw. 110 unter Druck gesetzt, während die zweiten Hydraulikkammern 110 bzw. 109 zum Tank hin entlastet werden.
Der Rotor 108 ist gegenüber dem Stator 101 formschlüssig drehfest festlegbar. Dazu ist ein Verriegelungsstift 121 vorgesehen, der parallel zu einer Zentralachse 125 des Flügelzellennockenwellenverstellers ausgerichtet ist. Dieser Verriegelungsstift 121 ist von einer kleinen Druckfeder vorbelastet und kann in einer Verriegelungsstellung des Rotors 108 gegenüber dem Stator 101 in ein Aufnahmeloch 126 des Stators 101 einrasten. Dieses Aufnahmeloch 126 liegt umfangsmäßig in einer Zwischenstellung zwischen den Endstellungen von „Früh” und „Spät”.
In 2 ist ein Teilschnitt eines proportional verstellbaren 4/4-Wegeventils 81 dargestellt, das in diesem Ausführungsbeispiel bei der Nockenwellenverstellung von einem verbrennungsmotorischen Antriebsmotor mit einem Flügelzellennockenwellenversteller eingesetzt wird.
Dabei ist das 4/4-Wegeventils 81 als Cartridge-Ventil ausgeführt. Dieses Cartridge-Ventil besteht aus einem Hydraulikteil 83 und einem Magnetteil 5. Der Hydraulikteil 83 hat einen Kolben 13 und eine Buchse 15. Der Kolben 13 läuft innerhalb der Buchse 15 an deren Lauffläche 85. Der Kolben 13 ist durch eine Schraubendruckfeder 9, die sich gegenüber einem Stützring 11 an der Buchse 15 abstützt, vorgespannt. Die Buchse 15 ist mit Öffnungen 86, 87, 88, die im dargestellten Fall rotationssymmetrische Bohrungen sind, versehen. Diese Öffnungen 86, 87, 88 stellen den ersten Arbeitsanschluss A, den zweiten Arbeitsanschluss B und den Versorgungsanschluss P dar. Die Pfeile deuten die regulären Ölrichtungen an. Auf der Stirnseite des Hydraulikteils 83 ist eine zentrische Öffnung 17 für den Tankanschluss T vorgesehen. Dieser Tankanschluss T liegt rechtwinklig zu den übrigen drei Anschlüssen A, B und P des 4/4-Wegeventils 81. Die Öffnung 17 für den Tankanschluss T liegt mittig innerhalb des Stützrings 11. Die Schraubendruckfeder 9 umringt diese Öffnung 17 für den Tankanschluss T. Der Kolben 13 ist hohl. Der Kolben 13 ist mit Abflussausnehmungen 21 versehen, die an dem magnetseitigen Kolbenende 19 die Verbindung zum Hohlraum 89 des Kolbens 13 herstellen. In und um das 4/4-Wegeventils 81 sind eine Reihe von Dichtungen aufgebracht, die das Hydraulikfluid im Betrieb von der Umwelt und den nicht mit Hydraulikfluid versorgten Teilen fernhält. Dabei dichtet die Dichtung 25 als Magnetteildichtung den Magnetteil 5 von dem Hydraulikteil 83 ab. Der Stößel 41, der an einem Topfboden 93 des Kolbens 13 anliegt, ist ein mit Hydraulikfluid vorgespannter, im Hydraulikfluid liegender, Stößel 41. Eine Poldichtung 63 und eine nicht ersichtliche Spulendichtung sorgen dafür, dass das im Magnetteil 5 befindliche Hydraulikfluid nicht nach außen – d. h. außerhalb eines Gehäuses 27 – austreten kann. Das Gehäuse 27 geht an seiner dem Hydraulikteil 5 nahen Seite in einen Flansch 29 über, der mit Befestigungsöffnungen, den Befestigungsbohrungen 31, versehen ist, über. Der auf den Hydraulikteil 83 folgende Polkern 39 ist durch Sicken 33 mit dem Gehäuse 27 verbunden. Diese Sicken 33 sind in dem Bereich der Poldichtung 63 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 27 sind eine Spule, ein Anker, der Polkern 39 und der Stößel 41 angeordnet. Für weitere Details zum Magnetteil 5 wird auf die DE 10 2004 039 800 B4 Bezug genommen, die diesbezüglich in dieser Anmeldung als aufgenommen gelten soll.
Der Anker kann dabei zwischen zwei Ankerräumen hin- und herbewegt werden, die in fluidischer Verbindung mit dem Hydraulikteil 83 des 4/4-Wegeventils 81 stehen, wenn der Kolben 13 ausserhalb seiner Endanschlagsposition ist.
An der der Öffnung 17 für den Tankanschluss T entgegengesetzten Seite des Gehäuses 27 ist ein elektrischer Stecker 47 befestigt.
Ein Stößelölraum 77 steht über die Abflussausnehmungen 21 mit der zentrischen Öffnung 17 für den Tankanschluss T in Verbindung. Diese Verbindung des Hydraulikteils 83 mit dem Magnetteil 5 des 4/4-Wegeventils 81 wird über eine Bördelung 23 hergestellt. Diese Bördelung 23 greift seitlich an der Buchse 15 an.
Bei unbestromten Magnetteil 5 sperrt der Kolben 13 den hinteren aus Ankerräumen kommenden Hydraulikkanal im Magnetteil 5 von dem Tankanschluss T ab. Die Schraubendruckfeder 9 erfährt dann keine Gegenkraft und ist in ihrer ausgestreckten, maximal ausgedehnten und entspannten Position. Das gesamte Hydraulikfluid aus den Hydraulikkammern 110, 109 des Flügelzellennockenwellenverstellers entweicht über die Öffnung 17 für den Tankanschluss T. Über

– entsprechende Außenstege 50, 51, 52, 53 an dem Kolben 13,
– entsprechende Innenkanten 54, 55 in der Buchse 15,
– die Innenumlaufkanten 56, 57 der Öffnungen 88, 86 der Arbeitsanschlüsse A, B und
– die Abflussausnehmung 21

17

86

87

88

15

42

43

44

81

Der Innendurchmesser der Buchse 15 ist im axialen Bereich zwischen dem Magnetteil 5 und einem Absatz 34 mit einem gegenüber der Lauffläche 85 erweiterten Innendurchmesser ausgeführt. Dieser Absatz 34 liegt näherungsweise an dem dem Magnetteil 5 am nächsten stehenden Außensteg 50. Damit ist es für die Außenbearbeitung der Buchse 15 möglich, diese fest in ein Dreibackenfutter einzuspannen, ohne dass dabei die Buchse 15 soweit plastisch verformt wird, dass die Lauffläche 15 funktionsunfähig wird.
Anhand 3 ist ersichtlich, dass zur Herstellung der vier Öffnungen 86 die Buchse 15 mit zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Bohrungen versehen ist. Gleiches gilt für die in 3 nicht ersichtlichen Öffnungen 87, 88 der Buchse 15.
4 zeigt das 4/4-Wegeventil 81 in einer schematischen Ansicht. Wenn die Spule des Magnetteils 5 mit einem ersten, eindeutig festgelegten Strom bestromt wird, so bewegt sich der Kolben 13 aus einer ersten Position 1 in eine zweite Position 2. Wird die Spule darüber hinaus mit einem stärkeren Strom bzw. einem größeren Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation beaufschlagt, so gelangt der Kolben 13 in die dritte Position 3. Bei Erhöhung bis zum stärksten definierten Strom gelangt der Kolben 13 in die vierte Position 4. In der Praxis erfolgt die Positionierung des Kolbens 13 von der Position 2 über die Position 3 zur Position 4 nicht gestuft. Stattdessen steigen bzw. fallen die Volumenströme proportional zur Stromstärke bzw. zum Tastverhältnis.
5 zeigt analog 2 und 4 den Hydraulikteil 83 in einer ersten Position 1, in welcher beim Abschalten, Stillsetzen oder Starten des Antriebsmotors durch gleichzeitiges hydraulisches Verschalten der beiden Arbeitsanschlüsse A, B die beiden Hydraulikkammern 110, 109 gegenüber dem Tankanschluss T in einen drucklosen Zustand entlastet werden, so dass der in 1 ersichtliche Verriegelungsstift 121 in die Verriegelungsstellung bzw. in das Aufnahmeloch 126 gelangt. Die Ansteuerung der Spule weist dabei ein derartiges Tastverhältnis auf, dass der Kolben 13 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 9 um einen Hub zwischen 0 und 0,2 mm verschoben wird. Der Versorgungsanschluss P ist von dem mittleren Außensteg 52 und dem am federseitigen Kolbenende 90 angeordneten Außensteg 53 zu den beiden Arbeitsanschlüssen A, B verschlossen. Hingegen ist der Hydraulikfluss vom Arbeitsanschluss A entlang dem Außensteg 53 zum Tankabfluss T geöffnet. Dabei läuft das Hydraulikfluid am federseitigen Kolbenende 90 über eine umlaufende Steuerkante 96 zum Tankanschluss T. Ebenso ist der Hydraulikfluss vom Arbeitsanschluss B entlang einer Ringnut 91 zwischen den beiden dem Magnetteil 5 nahe stehenden Außenstegen 50, 51 zum Tankabfluss T geöffnet.
6 zeigt den Hydraulikteil 83 in der zweiten Position 2. Dabei weist die Ansteuerung der Spule ein derartiges Tastverhältnis auf, dass der Kolben 13 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 9 um einen Hub zwischen 0,2 und 0,8 mm verschoben wird. Dabei beginnt der Versorgungsanschluss P, sich ab einem Hub von 0,2 mm für einen Hydraulikfluss zum zweiten Arbeitsanschluss B zu öffnen. Hingegen ist der Hydraulikfluss vom diesem zweiten Arbeitsanschluss B zum Tankabfluss T geschlossen, da der Hydraulikdruck von dem dem Magnetteil am nächsten stehenden Außensteg 50 verschlossen wird. Der Hydraulikfluss vom Arbeitsanschluss A entlang dem Außensteg 53 zum Tankabfluss T ist geöffnet.
7 zeigt den Hydraulikteil 83 in der dritten Position 3. Dabei weist die Ansteuerung der Spule ein derartiges Tastverhältnis auf, dass der Kolben 13 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 9 in eine Mittelstellung verschoben wird, die bei einem Hub von 1,8 mm liegt. Dabei ist der Versorgungsanschluss P von dem mittleren Außensteg 51 und dem am federseitigen Kolbenende 90 angeordneten Außensteg 53 zu den beiden Arbeitsanschlüssen A, B verschlossen. Ebenso ist der Hydraulikfluss vom zweiten Arbeitsanschluss B zum Tankabfluss T geschlossen, da der Hydraulikdruck von dem dem Magnetteil am nächsten stehenden Außensteg 50 verschlossen wird. Der Hydraulikfluss vom und zum ersten Arbeitsanschluss A ist gesperrt, da der Außensteg 53 am federseitigen Kolbenende 90 in axialer Richtung länger ist, als die Öffnung 88 des ersten Arbeitsanschlusses A, so dass die gesamte Öffnung 88 überdeckt ist.
8 zeigt den Hydraulikteil 83 in der vierten Position 4. Dabei weist die Ansteuerung der Spule ein derartiges Tastverhältnis auf, dass der Kolben 13 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 9 in eine maximale Endstellung verschoben ist, die bei einem Hub von 3 mm liegt. Dabei ist der Versorgungsanschluss P zum ersten Arbeitsanschluss A geöffnet. Hingegen ist der Hydraulikfluss vom zweiten Arbeitsanschluss B zum Tankabfluss T geöffnet, wobei das Hydraulikfluid entlang dem am äußersten magnetseitigen Kolbenende 92 liegenden Außensteg 50 fließt.
9 zeigt den Kolben 13 des 4/4-Wegeventils 83 aus 2 bis 8 als Einzelteil in einer perspektivischen Ansicht.
10 zeigt einen anderen Kolben 213 für ein Flügelzellennockenwellenverstellersystem in einer zweiten Ausgestaltungsform. Dieses Flügelzellennockenwellenverstellersystem weist jedoch im Gegensatz zu dem vorangegangenem Flügelzellennockenwellenverstellersystem keine Mittenverriegelung auf. Dennoch sind die Unterschiede der beiden Kolben 13, 213 im Verhältnis zu deren gesamten Fertigungsprozess sehr klein. So weist der Kolben 213 ohne Mittenverriegelung im Gegensatz zum Kolben 13 mit Mittenverriegelung keinen näherungsweise mittig angeordneten Außensteg 52 auf. Überdies ist anstelle der beiden magnetseitigen Außenstege 50, 51 ausschließlich ein einziger Außensteg 151 vorgesehen. Dieser einzige Außensteg 151 weist hinsichtlich der axialen Begrenzungen 98, 99 die axialen Begrenzungen 98, 99 des Kolbens 13 mit Mittenverriegelung auf. Jedoch ist im Gegensatz zum Kolben 13 mit Mittenverriegelung keine Ringnut 91 vorgesehen. Ansonsten sind die beiden Kolben 13, 213 gleichartig ausgestaltet.
11 zeigt ein 4/3-Wegeventil mit dem Kolben 213 gemäß 10. Der Kolben 213 läuft innerhalb der Buchse 15 an deren Lauffläche 85. Die Buchse 15 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dabei in gleicher Weise ausgestaltet, wie die Buchse 15 gemäß dem anderen Ausführungsbeispiel gemäß 2 bis 9.
Anhand des Schaltzeichens gemäß 13 ist jedoch ersichtlich, dass das 4/3-Wegeventil von 11 und 12 als 4/3-Wegeventil ausgestaltet ist. Das 4/3-Wegeventil weist dabei die drei Positionen 2, 3, 4 auf und ist proportional regelbar. Demzufolge ist der Durchfluss vom Versorgungsanschluss P auf den ersten Arbeitsanschluss A bzw. den zweiten Arbeitsanschluss B stromproportional regelbar. Dabei gibt es – ebenso, wie bei dem 4/4-Wegeventil gemäß 4 – eine Position 3, in der über die Ablaufkanten 200, 201 gemäß 11 ein minimaler Hydraulikdruck auf die beiden gegenläufigen Hydraulikkammern 109, 110 aufgebracht wird.
Die baugleiche Ausgestaltung der Buchsen bei Verwendung unterschiedlicher Kolben zur Verwirklichung eines Flügelzellennockenwellenverstellersystems mit und ohne einer besonderen Ablassstellung für die Mittenverriegelung lässt sich auch bei Flügelzellennockenwellenverstellersystemen mit besonderer Nockenwellenwechselmomentennutzung anwenden, wie eine solche beispielsweise in der DE 10 2006 012 733 B4 beschrieben ist.
Dazu zeigen 14 bis 16 in einer weiteren Ausführungsform den Hydraulikteil 283 für ein elektrohydraulisches 4/4-Wegeventil eines Flügelzellennockenwellenverstellersystems mit einer Zentralachse 225. Dabei sind im Gegensatz zu 2 bis 4 keine Siebe vor den Öffnungen 286, 288 der beiden Arbeitsanschlüsse A, B vorgesehen. Im Grund der diesen beiden Arbeitsanschlüssen A, B zugeordneten Ringnuten 260, 261 sind jedoch weitere Öffnungen 262, 263 für eine Nockenwellenwechselmomentennutzung vorgesehen. Im Gegensatz zu den ausschließlich mit den Außenstegen 250, 251, 253 von innen sperrbaren Öffnungen 286, 288 weisen die weiteren Öffnungen 262, 263 bandförmige Rückschlagventile 270, 271 auf. Jeweils ein bandförmiges Rückschlagventil 270 bzw. 271 ist in eine Innenringnut 274 bzw. 275 radial innerhalb der weiteren Öffnung 262 bzw. 263 der Buchse 215 eingesetzt. Mit diesen Rückschlagventilen 270, 271 ist es gemäß dem in der DE 10 2006 012 733 B4 beschriebenen Verfahren möglich, einen Hydraulikdruck, der in der zu entlastenden Hydraulikkammer 109 bzw. 110 infolge Nockenwellenwechselmomenten kurzzeitig über das Niveau des Hydraulikdruckes in der zu belastenden Hydraulikkammer 110 bzw. 109 ansteigt, im Bereich des Versorgungsanschlusses P zur Verfügung zu stellen. Von diesem Versorgungsanschluss P wird dann diese Hydraulikdruckspitze bzw. dieser zusätzliche Hydraulikfluid-Volumenstrom gemeinsam mit dem von einer in 16 ersichtlichen Ölpumpe 272 auf den Versorgungsanschluss P aufgebrachten Hydraulikdruck der zu belastenden Hydraulikkammer 110 bzw. 109 zur Verfügung gestellt.
Dabei ist noch ein drittes bandförmiges Rückschlagventil 276 in einer Innenringnut 277 vorgesehen. Dieses dritte Rückschlagventil 276 ist jedoch ein Pumpenschutzventil, welches grundsätzlich gleich aufgebaut ist, wie die beiden Rückschlagventile 270, 271. Jedoch kann dieses Pumpenschutzventil eine andere Ansprechkraft aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform des Gegenstandes gemäß 14 sind auch in den Ringnuten 260, 261 Siebe eingesetzt.
17, 18 und 19 zeigen in einer vierten Ausgestaltungsform den Hydraulikteil 383 für ein elektrohydraulisches 4/3-Wegeventil eines Flügelzellennockenwellenverstellersystems. Dieses Flügelzellennockenwellenverstellersystem weist jedoch im Gegensatz zur dritten Ausgestaltungsform gemäß 14 bis 16 keine Mittenverriegelung auf. Dabei findet die gleiche Buchse 215 Anwendung, die auch bei der dritten Ausgestaltungsform Anwendung findet. Der Kolben 313 unterscheidet sich jedoch vom Kolben 213 gemäß dritter Ausgestaltungsform. Ferner ist nicht die in 14 gezeigte Ringnut 291 für den Tankabfluss T zwischen den beiden Außenstegen 250, 251 vorgesehen. Stattdessen teilt sich der einzige Außensteg 351 nicht in zwei Außenstege 250, 251 auf, sondern ist einteilig ausgeformt. Demzufolge weist dieser einzige Außensteg 351 hinsichtlich der axialen Begrenzungen 298, 299 die axialen Begrenzungen 298, 299 des Kolbens 13 mit Mittenverriegelung auf. Als weiterer Unterschied zur dritten Ausgestaltungsform ist kein axial ungefähr mittiger Außensteg 252 vorgesehen.
Die vorbeschriebenen Ventilkonstruktionen sind nicht auf Proportionalventile beschränkt, sondern lassen sich auch bei Schaltventilen anwenden.
Je nach Einsatzbedingungen des Ventils können vor allen Öffnungen Siebe vorgesehen sein, welche die Laufflächen zwischen Kolben und Buchse schützen.
Der Hydraulikteil der dargestellten Ventile kann auch Anwendung bei einem sogenannten Zentralventil finden. Dabei ist die Buchse nicht mit dem Magnetteil unmittelbar verbunden. Stattdessen ist der Hydraulikteil zentral im Rotor des Flügelzellennockenwellenverstellers angeordnet, so dass die Buchse gemeinsam mit dem Kolben rotiert. Der Magnet ist hingegen drehfest gegenüber dem Zylinderkopf angeordnet, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Stößel des Magnetteils und dem Kolben stattfindet.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004039800 B4 [0002, 0004, 0041]
- DE 10344816 B4 [0006]
- DE 102006012733 B4 [0007, 0057, 0058]
- DE 102006012775 B4 [0007]
- DE 4422742 C2 [0008]

Claims

Flügelzellennockenwellenverstellersystem für einen Antriebsmotor, das einen Rotor (108) mit zumindest einem Flügel (106) aufweist, welcher einen umfangsmäßig zwischen zwei radial nach innen gerichteten Stegen (104) eines Stators (101) gebildeten Druckraum (105) in zwei gegenläufige Hydraulikkammern (109, 110) aufteilt, wobei diesem Druckraum (105) ausschließlich ein parallel zu einer Zentralachse (125) ausgerichteter Verriegelungsstift (121) zugeordnet ist, der in einer Verriegelungsstellung den Rotor (108) gegen den Stator (101) in einer zwischen den Endstellungen von „Früh” und „Spät” liegenden Zwischenstellung festsetzt, wobei die beiden Hydraulikkammern (109, 110) von einem elektrohydraulischen 4/4-Wegeventil (81) ansteuerbar sind, welches – einen Versorgungsanschluss (P) und – einen ersten Arbeitsanschluss (A) für die erste Hydraulikkammer (109) und – einen zweiten Arbeitsanschluss (B) für die zweite Hydraulikkammer (110) und – einen Tankanschluss (T) aufweist, wobei mittels des 4/4-Wegeventils (81) in einer ersten Position (1) beim Abschalten, Stillsetzen oder Starten des Antriebsmotors durch gleichzeitiges hydraulisches Verschalten der beiden Arbeitsanschlüsse (A, B) die beiden Hydraulikkammern (109, 110) gegenüber dem Tankanschluss (T) in einen drucklosen Zustand entlastet werden, so dass der Verriegelungsstift (121) in die Verriegelungsstellung gelangt, wobei das 4/4-Wegeventil (81) in cartridge-Bauweise ausgeführt ist und eine mit drei axial benachbart zueinander angeordneten Öffnungen (86) versehene Buchse (15) aufweist, innerhalb derer ein hohler Kolben (13) entlang einer Lauffläche axial verschieblich ist, indem an dem magnetseitigen Kolbenende (92) ein Topfboden (93) vorgesehen ist, der sich federkraftbelastet an einem verschieblichen Stößel (41) eines Magnetteils (5) abstützt, wobei der Kolben (13) – zwei umlaufende Steuerringnuten (94, 95) aufweist und – an dem magnetseitigen Kolbenende (92) eine zum Tankanschluss (T) führende quer zur Zentralachse (125) ausgerichtete Abflussausnehmung (21) aufweist und – benachbart zu dieser Abflussausnehmung (21) einen umlaufenden Außensteg (50) aufweist, an welchem ein hydraulischer Fluss vom zweiten Arbeitsanschluss (B) vorbei zur Abflussausnehmung (21) führbar ist und – am federseitigen Kolbenende (90) als umlaufende Steuerkante (96) zur Leitung von Hydraulikfluid zum Tankanschluss (T) ausgebildet ist.
Flügelzellennockenwellenverstellersystem für einen Antriebsmotor, das einen Rotor (108) mit zumindest einem Flügel (106) aufweist, welcher einen umfangsmäßig zwischen zwei radial nach innen gerichteten Stegen (104) eines Stators (101) gebildeten Druckraum (105) in zwei gegenläufige Hydraulikkammern (109, 110) aufteilt, wobei die beiden Hydraulikkammern (109, 110) von einem elektrohydraulischen 4/4-Wegeventil ansteuerbar sind, welches – einen ersten Arbeitsanschluss (A) für die erste Hydraulikkammer (109) und – einen zweiten Arbeitsanschluss (B) für die zweite Hydraulikkammer (110) und – einen bezüglich einer Zentralachse (225) zwischen diesen beiden Arbeitsanschlüssen (A, B) angeordneten Versorgungsanschluss (P) und – einen Tankanschluss (T) aufweist, wobei das 4/4-Wegeventils in cartridge-Bauweise ausgeführt ist und eine mit zumindest vier axial benachbart angeordneten Öffnungen (286, 262, 287, 263) versehene Buchse (215) aufweist, von denen eine erste und eine zweite Öffnung (286, 262 bzw. 287, 263) dem einen der beiden Arbeitsanschlüsse (B bzw. A) zugeordnet sind, von denen die dem Versorgungsanschluss (P) näher stehende erste Öffnung (262 bzw. 263) mit einem Rückschlagventil (270 bzw. 271) versehen ist, durch welches Hydraulikfluid aus der diesem einen Arbeitsanschluss (B bzw. A) zugeordneten ersten Hydraulikkammer (109 bzw. 110) über den anderen Arbeitsanschluss (A bzw. B) zu der diesem anderen Arbeitsanschluss (A bzw. B) zugeordneten zweiten Hydraulikkammer (110 bzw. 109) leitet, wenn – die zweite Öffnung (286 bzw. 287) vom Kolben (213) verschlossen ist und – Nockenwellenwechselmomente den Hydraulikdruck in der ersten Hydraulikkammer (109 bzw. 110) über den Hydraulikdruck innerhalb der Buchse (215) erhöhen, wobei innerhalb dieser Buchse (215) ein hohler Kolben (213) entlang einer Lauffläche axial verschieblich ist, indem an dem magnetseitigen Kolbenende (292) ein Topfboden (293) vorgesehen ist, der sich federkraftbelastet an einem verschieblichen Stößel eines Magnetteils abstützt, wobei der Kolben – zumindest eine umlaufende Steuerringnut (294 bzw. 295) aufweist und – an dem magnetseitigen Kolbenende (292) eine zum Tankanschluss (T) führende quer zur Zentralachse (225) ausgerichtete Abflussausnehmung (221) aufweist und – benachbart zu dieser Abflussausnehmung (221) einen umlaufenden Außensteg (250) aufweist, an welchem ein hydraulischer Fluss vom federseitigen Arbeitsanschluss (B) vorbei zur Abflussausnehmung (121) führbar ist und – am federseitigen Kolbenende (290) als umlaufende Steuerkante (296) zur Leitung von Hydraulikfluid zum Tankanschluss (T) ausgebildet ist.
Flügelzellennockenwellenverstellersystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Lauffläche (85, 285) der Buchse (15, 215) im Bereich der den beiden Arbeitsanschlüssen (A, B) zugeordneten Öffnungen (86, 87 bzw. 286, 288) in einem Durchmesser gebohrt ist.
Flügelzellennockenwellenverstellersystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser der Buchse (15, 215) im axialen Bereich zwischen dem Magnetteil und dem diesem am nächsten stehenden Außensteg (50, 250) mit einem gegenüber der Lauffläche (85, 285) erweiterten Innendurchmesser ausgeführt ist.
Flügelzellennockenwellenverstellersystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial zwischen den den Arbeitsanschlüssen (A, B) zugeordneten Öffnungen (86, 88 bzw. 286, 288) die dem Versorgungsanschluss (P) zugeordnete Ausnehmung (87 bzw. 287) vorgesehen ist.
Satz von Ventilen für ein Flügelzellennockenwellenverstellersystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei welchem die beiden Kolben (13, 213) voneinander abweichen und Magnetteil (5) und Buchse (15, 215) gleich ausgestaltet sind.