DE102013203139A1

DE102013203139A1 - Zentralventilkäfig mit am Innenumfang umlaufender Nut und hydraulischer Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102013203139A1
Application number: DE201310203139
Authority: DE
Inventors: Olaf Boese
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2014-08-28
Also published as: WO2014131404A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilkäfig (11) für einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps, mit einer im Wesentlichen durch eine Hülse (12) bestimmten zylindrischen Form, die in einer Wandung (16) mehrere radiale Öffnungen (15) zum Durchlass eines Hydraulikfluids, wie Öl, aufweist, wobei sich die Öffnungen (15) durch die Wandung (16) hindurch erstrecken, wobei zumindest eine Öffnung (15) in einer am Innenumfang umlaufende Nut (14) mündet. Die Erfindung betrifft auch einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps, mit einem Stator (6) und mit einem konzentrisch dazu angeordneten, innerhalb von diesem und drehbar dazu gelagerten Rotor (7), innerhalb derer ein Zentralventil beherbergt ist, wobei radial zwischen dem Rotor (7) und dem Zentralventil (9) ein Ventilkäfig (11) angeordnet ist, der erfindungsgemäß ausgestaltet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventilkäfig für einen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, mit einer im Wesentlichen durch eine Hülse bestimmten zylindrischen Form, die in einer Wandung mehrere radiale Öffnungen zum Durchlass eines Hydraulikfluids, wie Öl, aufweist, wobei sich die Öffnungen durch die Wandung hindurch erstrecken.
Aus dem Stand der Technik, etwa der DE 10 2008 006 179 A1 ist bereits ein Steuerventil für eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen in Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Dort wird eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten mit einem hohl ausgebildeten Ventilgehäuse, das mindestens einen Zulaufanschluss, wenigstens einen Ablaufanschluss und mindestens zwei Arbeitsanschlüsse aufweist, offenbart. Ferner ist ein in dem Ventilgehäuse angeordneter hohl ausgebildeter Druckmitteleinsatz vorhanden. In der Wandung des Druckmitteleinsatzes sind auch mit den Arbeitsanschlüssen kommunizierende Druckmittelleitkanäle angeordnet. Ferner ist in dem Druckmitteleinsatz ein Steuerkolben angeordnet. Der Druckmitteleinsatz weist eine Führungshülse auf, in der der Steuerkolben geführt ist. Die Führungshülse weist eine Kunststoffumspritzung auf, in der wenigstens zwei der Druckmittelleitkanäle angeordnet sind. Zwischen der Kunststoffumspritzung und der Führungshülse ist ein Filtergewebe vorgesehen. Die diesbezüglich in der DE 10 2008 006 179 A1 offenbarten Merkmale sollen als hier integriert gelten, insbesondere auch die dort angesprochenen Wirkzusammenhänge zwischen einem Rotor, einem Stator und einem Zentralventil in einem hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps.
Es ist auch bekannt, dass eine Verriegelung des Rotors relativ zum Stator, nämlich eine Drehverhinderung, eingesetzt werden kann. Auch ist bekannt, dass eine Mittenverriegelung, also der Zustand, in dem der Flügel in der Mitte einer Flügelzelle befindlich ist, eingesetzt werden kann. Nockenwellenversteller mit Mittenverriegelung haben für die Mittenverriegelung normalerweise extra geschaltete Verriegelungspins, welche einen dritten Ölkanal erforderlich machen. Üblicherweise befinden sich bei der Verwendung eines Zentralventils im Rotor umlaufende Nuten, welche das Öl transportieren. Alternativen dazu sind auch in der DE 10 2008 030 057 A1 zu finden. Auch ist es bekannt, auf ein Zentralventil zu verzichten.
Wenn der axiale Bauraum bei Nockenwellenversteller sehr klein ist, kann üblicherweise leider kein Zentralventil verwendet werden, da mit den aktuellen Entwicklungen, wenn eine Mittenverriegelung gewünscht ist, eine Mindestrotorbreite von 20 mm notwendig ist. Diese Rotorbreite wird in Axialrichtung des Nockenwellenverstellers gemessen. Es ist auch möglich, dass Rotoren mit einer Breite von 17 mm oder weniger eingesetzt werden sollen.
Solch schmale (bzw. kurze) Rotoren sollen aber weiterhin Verwendung finden können. Es soll daher das angesprochene Bauraumproblem gelöst werden und die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Ventilkäfig, der auch als Zentralventilkäfig bezeichnet werden kann, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine Öffnung oder ein Durchlass in eine am Innenumfang umlaufende Nut mündet.
Die Nut ist nun an einem vom Rotor und vom Zentralventil separaten Bauteil, nämlich am Innenumfang vorhanden und, nicht mehr, wie üblicherweise sonst vorgesehen, am Innenumfang des Rotors. Es wird somit eine funktionale Trennung zwischen den Ölleitnuten und dem Rotor durchgeführt, so dass im Rotor nur noch eine radiale Leitung, Bohrung oder Öffnung zum Verbringen von Öl aus den ölführenden Nuten des Ventilkäfigs in die Flügelzelle vorgehalten werden muss. Der Rotor ist somit wesentlich kostengünstiger fertigbar. Auch können wesentlich schmalere Rotoren verwendet werden. Auf die komfortable Verwendung von Zentralventilen muss nicht mehr verzichtet werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn jede Öffnung oder jeder Durchlass in eine eigene, sich komplett über den Innenumfang erstreckende Nut mündet. Die Öffnung ist möglichst vollständig in der Nut beherbergt. Gerade über das komplette Erstrecken der Nut, kann das Zentralventil so frei positioniert werden, dass die Winkellage der im Zentralventil vorhandenen Hydraulikfluiddurchgangsöffnungen egal ist.
Es ist ferner von Vorteil, wenn zumindest ein sich in im Wesentlichen axialer Richtung erstreckendes Hydraulikfluidleitorgan an der Wandung ausgebildet ist. Dieses zusätzliche Hydraulikfluidleitorgan ermöglicht gerade ein gezieltes Führen des Hydraulikmittels auch in axialer Richtung, so dass noch schmalere Rotoren einsetzbar sind. Das Hydraulikfluidleitorgan kann als Brücke oder Trennung fungieren.
Dabei ist es von Vorteil, wenn das Hydraulikfluidleitorgan als Kanal, Nut oder Kerbe ausgebildet ist. Diese Bauformen lassen sich spanend oder spanlos einfach im Ventilkäfig vorfertigen, so dass die Kosten niedrig gehalten werden. Diese Geometrien sind auch für ein präzises Leiten des Hydraulikfluids von Vorteil.
Für das Kooperieren der Einzelteile ist es zuträglich, wenn der Kanal auf der Außenseite oder der Innenseite der Wandung vorhanden ist. Ein ausreichender Fluidfluss lässt sich gewährleisten, wenn der Kanal in einem Materialaufwurf oder einer partiellen Erhöhung vorhanden ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Erhöhung als eine eine Verdrehung zu einem den Ventilkäfig umgebenden Rotor verhindernde Formschlusseinrichtung ausgebildet ist, also bspw. als Vorsprung, Wall oder Erhabenheit konfektioniert ist.
Für eine effiziente Nutzung des Bauraums ist es auch zuträglich, wenn das Hydraulikfluidleitorgan durch einen Trennriegel von einer zu ihm benachbarten umlaufenden Nut fluidblockierend getrennt ist. Der Trennriegel trennt also das Hydraulikfluidleitorgan von zumindest einer der umlaufenden Nuten. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn der Trennriegel ein integraler Bestandteil der Wandung ist. Zusätzliche Einzelteile müssen daher nicht verbaut werden und die Montage wird einfacher gestaltet.
Die Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion lässt sich erhöhen, wenn das Hydraulikfluidleitorgan zumindest eine umlaufende Nut wenigstens teilweise oder vollständig kreuzt oder quert. Der Rotor kann dann auch besonders schmal ausgestaltet werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, mit einem Stator und mit einem konzentrisch dazu angeordneten, innerhalb von diesem drehbar gelagerten Rotor, innerhalb derer des Weiteren ein Zentralventil beherbergt ist, wobei radial zwischen dem Rotor und dem Zentralventil ein Ventilkäfig angeordnet ist. Ein solcher hydraulischer Nockenwellenversteller wird erfindungsgemäß dadurch weiter entwickelt, dass ein Ventilkäfig der erfindungsgemäßen Art eingesetzt ist.
Von Vorteil ist es dabei, wenn das Zentralventil an einer Nockenwelle befestigt ist.
Durch den Ventilkäfig wird Öl so geleitet, dass ein schmaler Rotor, selbst einer, der schmaler als 20 mm und sogar schmaler als 10 mm ist, eingesetzt werden kann.
Mit anderen Worten hat der Ventilkäfig nun, statt wie üblicherweise der Rotor, bei der Verwendung eines Zentralventiles radial umlaufende Nuten. Öffnungen / Durchlässe erstrecken sich radial vom Innendurchmesser nach außen. Für die Ölversorgung des Rotors sind diese auch als Durchbrüche bezeichenbare Öffnungen in radialer Richtung vorhanden. Diese Durchbrüche sind optimalerweise mit Ölradialbohrungen im Rotor deckungsgleich oder größer als die Deckung. Der Rotor selbst benötigt keine radial umlaufenden Ölnuten.
Der Ventilkäfig wird zum Rotor in einer festgelegten, insbesondere winkelgerichteten Position verbaut. Für das Beibehalten der Winkelorientierung kann ein Form-, Kraft- oder Stoffschluss genutzt werden. Auch können diese Verbindungsarten kombiniert werden. Um einen möglichen axialen Versatz der Ventilbohrungen zu den Ölradialbohrungen im Rotor auszugleichen, werden axiale Nuten auf dem Außendurchmesser des Ventilkäfigs eingebracht.
Auch ist ein über dem Außendurchmesser hinausragender Materialaufwurf denkbar, um einen größeren axialen Weg für die Ölversorgung zu überbrücken. Der Ventilkäfig kann auch für die Zentrierung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle genutzt werden. Der Ventilkäfig befindet sich zwischen dem Zentralventil und dem Rotor derart, dass dieser das Öl bei bauraumbedingt axial versetzten Bohrungen vom Zentralventil und Rotor leitet, derart, dass eine Ölversorgung möglich ist, ohne einen Kurzschluss hervorzufrufen oder zu kurze Dichtlängen beklagen zu müssen.
Insbesondere beim Vorhalten einer Mittenverriegelung bietet sich ein solcher Ventilkäfig an. Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele wiedergegeben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps,
2 einen Längsschnitt, entlang der Längsachse des hydraulischen Nockenwellenverstellers, durch das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel entlang der dort gekennzeichneten Linie II,
3 eine Vergrößerung des Bereiches III aus 2,
4 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventilkäfigs, wie er in dem Nockenwellenversteller aus 1 eingesetzt ist,
5 eine Ansicht von der Seite auf den Ventilkäfig aus 4,
6 eine Ansicht in Längsrichtung auf den Ventilkäfig der 4 und 5,
7 einen Schnitt entlang der Linie VII durch den Ventilkäfig aus 6,
8 einen Schnitt entlang der Linie VIII durch den Ventilkäfig aus 6,
9 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers,
10 einen Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller aus 9 entlang der Linie X,
11 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XI aus 10,
12 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilkäfigs, wie er in dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 eingesetzt ist,
13 eine Ansicht von der Seite auf den Ventilkäfig aus 12,
14 eine Ansicht entlang der Längsachse auf den Ventilkäfig der 12 und 13,
15 einen Schnitt entlang der Linie XV durch den Ventilkäfig aus 14, und
16 einen Schnitt entlang der Linie XVI durch den Ventilkäfig aus 14.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 wiedergegeben. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein statorfestes Zahnrad 2 auf. Das Zahnrad 2 hat eine Außenverzahnung 3. Ein Deckel 4 ist über Schrauben 5 mit einem Stator 6 (2), an dem das Zahnrad 2 ausgebildet ist, befestigt. Wie aus 2 zu erkennen ist, ist im Inneren des Stators 6 ein Rotor 7 angeordnet, der mehrere Fluidleitungen 8 zum Leiten von Hydraulikfluid, wie Öl von dem Inneren eines Zentralventils 9 in Flügelzellen 10 zwischen dem Stator 6 und dem Rotor 7 hinein aufweist.
Radial zwischen dem Rotor 7 und dem Zentralventil 9 ist ein Ventilkä11, der auch als Zentralventilkäfig bezeichnet werden kann, angeordnet. Der Ventilkä11 ist relativ zum Rotor 7 unverdrehlich an diesem form-, kraft- und/oder stoffschlüssig angebracht. Unter Vorgriff auf 4 sei auf die zylindrische Form des Ventilkä11 hingewiesen, der nach Art einer Hülse 12 ausgebildet ist. Grundsätzlich hat die Hülse 12 eine gleichmäßige Wanddicke, allerdings weist sie auf Ihrer Innenseite 13 mehrere, hier nämlich drei, über dem gesamten Innenumfang komplett umlaufende Nuten 14 auf. In die Nuten 14 münden radiale Öffnungen 15, die sich komplett durch eine Wandung 16 der Hülse 12 hindurch erstrecken. Die Öffnungen 15 haben einen kleineren Durchmesser als die in Längsachsenrichtung bemessene Breite der Nuten 14 auf. Zumindest eine Öffnung 15 geht in eine Nut 14 über, bzw. ist in ihr ausgebildet. Auf der Außenseite der Hülse 12 ist ein Materialaufwurf 17 bzw. eine Erhöhung 18 ausgebildet.
Die Erhöhung 18 beherbergt ein Hydraulikfluidleitorgan 19 nach Art eines Kanals 20.
Wie besonders gut in 8 zu erkennen, überdeckt, kreuzt oder quert der Kanal 20 zumindest abschnittswiese eine Nut 14, nämlich in 8 die Mittlere der drei Nuten 14.
Während die räumliche Verteilung der Öffnungen 15, der Nuten 14 und der Erhöhung 18 in Zusammenschau der 4 bis 6 klar wird, zeigt 3 besonders gut das Fluchten der Fluidleitung 8 mit der Öffnung 15 und der Nut 14. Die nockenwellennächste Nut 14, also die am weitesten rechts in 3 dargestellte Nut 14, ist mit einem Loch 21 verbunden, über welches ein Verriegelungselement, wie ein Verriegelungspin angesteuert wird. Es ist auch der Versatz in Axialrichtung zwischen dem Loch 21 und dem Rotor gut zu erkennen.
In Zusammenschau der 4 bis 6 wird klar, dass ein größerer axialer Abstand zwischen den Ventilbohrungen, also den Durchbrüchen in der Wandung des Zentralventils 9 und den Fluidleitungen 8 durch den Rotor 7 durch die spezielle Ausgestaltung des Ventilkä11 überbrückt wird.
Ein zum ersten Ausführungsbeispiel in vielen Punkten ähnliches zweites Ausführungsbeispiel ist in den 9 bis 14 widergegeben, wobei jedoch auf eine Erhöhung 18 verzichtet wird. Stattdessen ist das Hydraulikfluidleitorgan 19, in Form des Kanals 20 in einer Vertiefung 22 beherbergt. Dies wird insbesondere in Zusammenschau der 15 und 11 deutlich.
Ein Trennriegel ist in beiden Ausführungsbeispielen mit dem Bezugszeichen 23 versehen.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Zahnrad
3: Außenverzahnung
4: Deckel
5: Schraube
6: Stator
7: Rotor
8: Fluidleitung
9: Zentralventil
10: Flügelzelle
11: Ventilkäfig
12: Hülse
13: Innenseite
14: Nut
15: Öffnung
16: Wandung
17: Materialaufwurf
18: Erhöhung
19: Hydraulikfluidleitorgan
20: Kanal
21: Loch
22: Vertiefung
23: Trennriegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008006179 A1 [0002, 0002]
DE 102008030057 A1 [0003]

Claims

Ventilkäfig (11) für einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps, mit einer im Wesentlichen durch eine Hülse (12) bestimmten zylindrischen Form, die in einer Wandung (16) mehrere radiale Öffnungen (15) zum Durchlass eines Hydraulikfluids, wie Öl, aufweist, wobei sich die Öffnungen (15) durch die Wandung (16) hindurch erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Öffnung (15) in eine am Innenumfang umlaufende Nut (14) mündet.
Ventilkäfig (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede axial von einer anderen Öffnung (15) beabstandete Öffnung (15) in eine eigene, sich komplett über den Innenumfang erstreckende Nut (14) mündet.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein sich in im Wesentlichen axialer Richtung erstreckendes Hydraulikfluidleitorgan (19) an der Wandung (16) ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluidleitorgan (19) als Kanal (20), Nut oder Kerbe ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (20) auf der Außenseite oder der Innenseite der Wandung (16) vorhanden ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (20) in einem Materialaufwurf (17) oder in einer zumindest partiellen Erhöhung (18) vorhanden ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluidleitorgan (19) durch einen Trennriegel (23) von einer zu ihm benachbarten umlaufenden Nut (14) fluidblockierend getrennt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluidleitorgan (19) zumindest eine umlaufende Nut (14) wenigstens teilweise oder vollständig kreuzt oder quert.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps, mit einem Stator (6) und mit einem konzentrisch dazu angeordneten, innerhalb von diesem drehbar gelagerten Rotor (7), innerhalb derer ein Zentralventil (9) beherbergt ist, wobei radial zwischen dem Rotor (7) und dem Zentralventil (9) ein Ventilkäfig (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkäfig (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralventil (9) an einer Nockenwelle befestigt ist.