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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Vorrichtung (1) zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle, umfassend einen Rotor (6) mit einer Nabe (16) und Flügeln (7), der drehfest mit der Nockenwelle (2) verbunden ist, einen an zumindest einer Stirnseite mit einer Stirnwand (15) versehenen Stator (4), der drehfest mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad (3) verbunden ist, wobei beiderseits der Flügel (7) Druckkammern (11, 12) vorgesehen sind, die jeweils durch Stegwände (10) und innere (14) sowie äußere (13), in Umfangsrichtung, konzentrisch zueinander verlaufende Wände des Stators (4) begrenzt sind und über ein Hydrauliksystem mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagbar oder entleerbar sind. DOLLAR A Eine Massereduzierung der Vorrichtung wird dadurch erreicht, dass die Nabe (16) einteilig mit den Flügeln (7) als spanlos hergestelltes Flachband- oder Blechteil ausgebildet ist.
    公开号:DE102004005822A1
    申请号:DE102004005822
    申请日:2004-02-06
    公开日:2005-08-25
    发明作者:Hermann Wiehl
    申请人:Schaeffler Technologies AG and Co KG；
    IPC主号:F01L1-344
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer hydraulischenVorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle,umfassend: einen Rotor mit einer Nabe und Flügeln, der drehfest mit derNockenwelle verbunden ist, einen an zumindest einer Stirnseite miteiner Stirnwand versehenen Stator, der drehfest mit einem von derKurbelwelle angetriebenen Antriebsrad verbunden ist, wobei beiderseitsder FlügelDruckkammern vorgesehen sind, die jeweils durch Stegwände undinnere sowie äußere, inUmfangsrichtung, konzentrisch zueinander verlaufende Wände desStators begrenzt sind und überein Hydrauliksystem mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagbar oderentleerbar sind.
    [0002] Ausder DE 101 34 320A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einer gattungsgemäßen hydraulischenVorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle bekannt,die die Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle verändern kann.Diese Vorrichtung besteht aus einem Rotor und einem Stator, vondenen ersterer, als Flügelradausgebildet, die Nockenwelle umfasst, an ihr mit einer axialen Zentralschraubebefestigt ist und sich synchron mit ihr dreht. Der Stator ist einerseitsdurch eine Stirnwand, welche Teil eines den Stator umgebenden Gehäuses seinkann, und andererseits durch ein Antriebsrad druckmitteldicht verschlossen.Er umfasst den Rotor und dreht sich synchron mit dem von der Kurbelwelleangetriebenen Antriebsrad. Im wesentlichen radial verlaufende Stegwände im Stator erlaubennur einen begrenzten Drehwinkel des Rotors und bilden mit diesemmehrere Druckkammern, die mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagtoder entleert werden können.
    [0003] Nachteiligbei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch, dass die Einzelteileder Vorrichtung vorwiegend aus Stahl oder Eisen bestehen, welche durchSintern oder Zerspanen hergestellt sind. Daraus resultieren 1. eine hohe Masse der Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung, 2. hohe Fertigungskosten durch den Zerspanungsaufwand bei derFertigung der Sinterbauteile, 3. eine unerwünschte,externe Ölleckagedurch die porösenSinterbauteile.
    [0004] Weilin der Sintermetallurgie dünneWandstärken,insbesondere im Zusammenhang mit Wandstärkenschwankungen hinsichtlichDichteverteilung sowie Festigkeit und Steifigkeit problematischsind und sich weiterhin komplexe Formen mit unterschiedlichen Füllhöhen oftmalsnur mit teuren Schiebern im Werkzeug realisieren lassen, sind bisherige Vorrichtungenzur Drehwinkelverstellung meist aus relativ schweren und massivenBauteilen gefertigt. Bei spa nend hergestellten Vorrichtungen liegtdie Problematik ähnlich;komplizierte, der Belastung angepasste Formen sind mit hohem Zerspanungsaufwandverbunden.
    [0005] EinVorschlag zur Massereduzierung der Vorrichtung zur Drehwinkelverstellungkann beispielsweise der DE101 48 687 A1 oder der DE101 34 320 entnommen werden, indem Teile der Vorrichtungaus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder einem anderenLeichtmetall gefertigt werden. Dies hat zum Nachteil, dass durchunterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizientendie Leckspalte überdie Erwärmungzunehmen könnenund sich damit eine hohe Leckage ergibt. Außerdem verformt sich bei gleichenAbmessungen Aluminium unter Last stärker als Stahl bzw. Eisen.Insbesondere wenn dann die Einzelteile durch Gehäuseschrauben miteinander verspanntwerden, müssenentsprechend großeSpalte eine Verformung zulassen.
    [0006] DerErfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zurDrehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschinederart zu konzipieren, dass eine Massereduzierung der Vorrichtungerfolgt und gleichzeitig möglichstwenig Einzelbauteile verwendet werden.
    [0007] Erfindungsgemäß wird dieAufgabe bei einer Vorrichtung füreine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch1 dadurch gelöst,dass der Rotor einteilig mit den Flügeln ausgebildet ist und spanlosaus Flachband oder einem Blechteil hergestellt ist. Besonders vorteilhaftist die Kombination des erfindungsgemäßen Rotors mit einem spanloshergestellten Stator.
    [0008] Diemassiven Sinterbauteile als Druckkammer bildende Einheiten der Antriebsseitewerden somit durch dünnwandigeBlech- und Blechumformteile ersetzt. Selbstverständlich kann statt Blech auch Bandverwendet werden, wobei im folgenden Blech als Oberbegriff für Blechoder Band verwendet wird. Weil somit weniger Sinterbauteile gefertigtwerden müssen,ergibt sich eine Verringerung des Zerspanungsaufwands. Die spanloseHerstellung des Rotors mit seinen Flügeln bedeutet selbstverständlich nicht,dass diese Teile nicht spanend nachbearbeitet werden, sofern essich als erforderlich erweisen sollte.
    [0009] Damitdie Vorrichtung trotz ihrer geringeren Masse eine hohe Steifigkeitund Belastbarkeit aufweist, könnendie dünnwandigenBlech- und Blechumformteile lokal, entlang den Belastungsrichtungendurch Ausformungen oder entsprechende Profilierungen ideal der Belastungangepasst werden, ohne dass global größere Wandstärken erforderlich sind unddamit eine hohe Masse in Kauf genommen werden muss. Gegenüber einerMassereduktion durch Verwendung von Leichtmetall, wie beispielsweisein DE 101 34 320 A1 vorgeschlagen,hat dies zum Vorteil, dass der Wärmeausdehnungskoeffizientaller Bauteile gleich bleibt und somit keine Undichtigkeiten aufgrundthermischer Effekte entstehen können.
    [0010] Immontierten Zustand umgreift der Rotor die Nockenwelle. Die einfachste,erste Ausführungsform deserfindungsgemäßen Rotorsbesteht aus einem Blech, das im wesentlichen kreisförmig geformtist und die Nabe bildet. Lediglich an den Stellen, an welchen dieFlügelangeordnet sind, ist von der Kreisform abgewichen. In dieser erstenAusführungsform istder Rotor direkt mit der Nockenwelle kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden.
    [0011] DieFlügelbestehen im Wesentlichen aus einem Flügelkern und diesen umgebendenDichtungen. Der Flügelkernist mit dem kreisförmiggeformten Blech des Rotors ausgebildet, was das nachträgliche Einsteckender Flügelvermeidet und somit eine Verminderung des Montageaufwands bedeutet.
    [0012] DerFlügelkernist mit den Dichtungen in Umfangsrichtung versehen, welche vorzugsweiseelastomer sind. Besonders vorteilhaft ist es, die Dichtungen nichteben, sondern plankonkav auszubilden, die konkave Seite zu den Druckkammerngerichtet. In diesem Fall liegen die Dichtungen in den Endstellungender Flügelnicht an den die Druckkammer begrenzenden Wänden vollständig an, so dass ein Verklemmenschwer möglichist. Sollten die Druckkammern zudem nicht ideal rechtwinklig ausgebildetsein, kann eine konkav ausgebildete Dichtung sich leichter verformen,um eine bessere Dichtwirkung zu erzielen.
    [0013] DieDichtungen besitzen in radialer Richtung Aussparungen für beidseitigin Umfangsrichtung wirkende Dichtlippen. Vorteilhaft ist es, dieAussparungen und die Dichtlippen keilförmig auszubilden, da so eineVergrößerung derDichtwirkung erzielt wird.
    [0014] Eineerste Variante der Flügelist, den Flügelkernals gedoppeltes Blech auszubilden und die Dichtungen samt Dichtlippendarum anzuordnen. Der Flügelist somit relativ schmal, und es resultiert bei gegebener Druckkammerngröße ein großer Verstellbereich.
    [0015] Einezweite Variante der Flügelwird durch einen Flügelkerngebildet, dessen Wändespitzwinklig zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung hat denVorteil, dass der Flügelstabiler ist, insbesondere wenn das Innere des Flügelkernsmit Material ausgefülltist. Besonders sinnvoll hat sich ein Wert für den spitzen Winkel von 35° ergeben.Fertigungstechnisch ist es zweckmäßig, für die Füllung des Flügelkerns dasgleiche Material wie füreine eventuell vorhandene Nabe zu verwenden.
    [0016] Einezweite Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Rotorsist wie die erste geformt mit dem Unterschied, dass das als Nabegeformte Blech nicht direkt mit der Nockenwelle verbunden ist, sondernkraft-, form- oder stoffschlüssig,beispielsweise vernietet, mit einer inneren Nabe verbunden ist,welche ihrer seits im montierten Zustand auf eben jene Weisen mitder Nockenwelle verbunden ist. Der Rotor besteht in diesem Fallaus einer Nabe, dem im wesentlichen kreisförmigen Blech, und einer inneren Nabe,wobei die innere Nabe beispielsweise Metall geschäumt ausgebildetist. Die Flügeldieses zweiten Rotors sind dabei wie die des ersten ausgebildet.
    [0017] Umeine möglichstgroßeMasseersparnis zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, den spanlos hergestelltenRotor in einen ebenfalls spanlos hergestellten Stator einzusetzen.Damit Rotor- und Statorbleche durch den Anpressdruck in den Endstellungennicht verformt werden, kann in der Nabe ein Element zur Verstellwinkelbegrenzungangeordnet werden.
    [0018] Dieerfindungsgemäß ausgebildeteVorrichtung ist also gegenübereiner Vorrichtung des Standes der Technik leichter, benötigt wenigerZerspanungsaufwand, weniger Montageaufwand durch die Einteiligkeitvon Flügelkernund Rotor und reduziert damit die Fertigungskosten. Sie kann auchauf eine Kunstharzimprägnierungoder Wasserdampfbehandlung des zur Abdichtung des nun nicht mehrbenötigtenSinterwerkstoffs verzichten.
    [0019] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert undin den dazu gehörigenZeichnungen schematisch dargestellt.
    [0020] Eszeigen
    [0021] 1 einenLängsschnitteiner Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung
    [0022] 2 eineDraufsicht mit einem Teilquerschnitt einer zweiten Vorrichtung zurDrehwinkelverstellung
    [0023] 3 eineDraufsicht mit einem Teilquerschnitt einer dritten Vorrichtung zurDrehwinkelverstellung
    [0024] Aus 1 gehendie wesentlichen Teile einer hydraulischen Vorrichtung 1 zurDrehwinkelverstellung einer Nockenwelle 2 gegenüber einernicht dargestellten Kurbelwelle hervor, die als hydraulischer Stellantriebzur Variierung der Öffnungs-und Schließzeitenvon Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist.Diese Vorrichtung 1 wird durch ein Antriebsrad 3,das beispielsweise durch eine nicht näher dargestellte Kette mitder Kurbelwelle verbunden ist, angetrieben. Die Vorrichtung 1 bestehtim wesentlichen aus einem fest mit dem Antriebsrad 3 verbundenenStator 4, die durch diesen sowie das Antriebsrad 3 druckmitteldichtverschlossen ist, und einem durch eine axiale Zentralschraube 5 drehfestmit der Nockenwelle 2 verbundenen Rotor 6 mitFlügeln 7.Des Weiteren ist ein mit dem Rotor 6 in Verbindung stehendesElement 8 zur Verstellwinkelbegrenzung, das in eine korrespondierendeKulisse 9 eingreift, zu ersehen. Mit diesem erfolgt einBegrenzen des Verstellbereichs des Rotors 6, was die Belastungendes Rotors 6 bzw. der Flügel 7 herabsetzt.Die Kulisse 9 ist dabei als kreisringabschnittsförmige Begrenzungsnutausgebildet.
    [0025] 2 zeigtden Stator 4 der Vorrichtung 1, der durch Stegwände 10 unddurch äußere 13 undinnere 14 in Umfangsrichtung verlaufende Wände mit demRotor 6 und dessen Flügeln 7 ersteDruckkammern 11 und zweite Druckkammern 12 bildet,die, mit Hydraulikflüssigkeitbefüllt,eine Winkelverstellung zwischen Rotor 6 und Stator 4 herstellen.Die Druckkammern 11, 12 werden nockenwellenseitigdurch das Antriebsrad 3 verschlossen und auf der der Nockenwelleabgewandten Seite durch eine Stirnwand 15. Die ersten 11 undzweiten 12 Druckkammern bewirken bei wahlweiser oder gleichzeitigerDruckbeaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit innerhalb eines maximalenVerschwenkwinkels eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Rotors 6 gegenüber dem Antriebsrad 3 unddamit eine Re lativverdrehung der Nockenwelle 2 gegenüber derKurbelwelle der Brennkraftmaschine.
    [0026] Inder Ausbildung der Vorrichtung der 2 bestehtder Rotor 6 aus einer inneren Nabe 19 und einerNabe 16, einem im wesentlichen kreisrund geformten Blech,wobei an denjenigen Stellen, an welchen die Flügel 7 angeordnet sind,ist von der Kreisform derart abgewichen ist, dass die Nabe 16 gedoppeltnach außenausgezogen ist und damit einen Flügelkern 22 der Flügel 7 bildet.Die Nabe 16 ist mit der inneren Nabe 19 durchNieten 21 vernietet. Die innere Nabe 19 wiederumist kraft-, form-, oder stoffschlüssig mit der Nockenwelle 2 verbunden.
    [0027] DerFlügel 7 bestehtim wesentlichen aus einem Flügelkern 22 undDichtungen 17. Der Flügelkern 22 istin Umfangsrichtung mit den Dichtungen 17 versehen. DieDichtungen 17 besitzen in radialer Richtung Aussparungen 20 für beidseitigin Umfangsrichtung wirkende Dichtlippen 18. In dieser Figursind die Aussparungen 20 und die Dichtlippen 18 keilförmig ausgebildet.
    [0028] 3 zeigteine weitere Ausbildung eines spanloses Rotors 6, wobeidessen Flügel 7 spitzwinkligausgebildet sind. Der Flügelkern 22 derFlügel 7 ist einteiligmit der inneren Nabe 19 ausgebildet. Ein guter Kompromisszwischen Verstellwinkelbereich der Flügel 7 und Stabilität der Flügel istein Öffnungswinkeldes Flügelkernsvon 35°.Wie in 2 ist der Flügelkern 22 vonDichtungen 17 mit Dichtlippen 18 umgeben, diedie gleiche Funktionalitätaufweisen.
    [0029] Zusammenfassendergibt sich durch die spanlose Herstellung des Rotors 6 eineReduzierung der Masse der Vorrichtung 1. Gegenüber einergesinterten Vorrichtung 1 kann durch Verzicht auf poröse Sinterbauteileauf eine aufwändigeWasserdampfbehandlung oder Kunstharzimprägnierung verzichtet werden.
    1 hydraulischeVorrichtung zur Drehwinkelverstellung 2 Nockenwelle 3 Antriebsrad 4 Stator 5 axialeZentralschraube 6 Rotor 7 Flügel 8 Elementzur Verstellwinkelbegrenzung 9 Kulisse 10 Stegwände 11 ersteDruckkammern 12 zweiteDruckkammern 13 äußere, inUmfangsrichtung verlaufende Wände 14 innere,in Umfangsrichtung verlaufende Wände 15 Stirnwand 16 Nabe 17 Dichtung 18 Dichtlippen 19 innereNabe 20 Aussparungen 21 Nieten 22 Flügelkern
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Vorrichtung(1) zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle (2)gegenübereiner Kurbelwelle, umfassend: einen Rotor (6) mitzumindest einer Nabe (16) und Flügeln (7), der drehfestmit der Nockenwelle (2) verbunden ist, einen Stator (4),der drehfest mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad(3) verbunden ist, wobei beiderseits der Flügel (7)Druckkammern (11, 12) vorgesehen sind, die jeweilsdurch Stegwände(10) und innere (14) sowie äußere (13), in Umfangsrichtung,konzentrisch zueinander verlaufende Wände des Stators (4)begrenzt sind und über einHydrauliksystem mit Hydraulikflüssigkeitdruckbeaufschlagbar oder entleerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dassdie Nabe (16) einteilig mit den Flügeln (7) als spanloshergestelltes Flachband- oder Blechteil ausgebildet ist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Innere der Nabe (16) eine die Nabe (16)nach innen abstützendeNockenwelle (2) aufweist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Nabe (16) nach innen durch eine innere Nabe (19)abgestütztist, wobei die innere Nabe (19) eine sie nach innen abstützende Nockenwelle(2) aufweist.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die innere Nabe (19) Metall geschäumt oder Kunststoff gespritztist.
    [5] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Nabe (16) mit der Nockenwelle (2) kraft-form- oder stoffschlüssigverbunden ist.
    [6] Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Nabe (16) mit der Nockenwelle (2) vernietetist.
    [7] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Flügel(7) aus zumindest einem Flügelkern (22) bestehenund in Umfangsrichtung von Dichtungen (17) umgeben sind.
    [8] Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Dichtungen (17) zu den Druckkammern (11,12)hin eine konkave Form aufweisen.
    [9] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Flügel(7) in radialer Richtung Dichtlippen (18) aufweisen,welche in Umfangsrichtung wirken.
    [10] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die aus zumindest einem Flügelkern(22) bestehenden Flügel(7) als gedoppeltes Blech ausgebildet sind.
    [11] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Flügel(7) aus zumindest einem Flügelkern (22) bestehenund der Flügelkern (22)als zwei zueinander spitzwinklig laufende Wände ausgebildet ist.
    [12] Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass der Winkel der spitzwinklig zueinander laufenden Wände 35° beträgt.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    2006-05-18| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
    2010-07-01| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 H, DE |
    2011-02-03| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2012-10-11| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20120822 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20120822 |
    2014-03-27| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140213 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140213 |
    2015-03-19| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20150211 |
    2016-04-12| R016| Response to examination communication|
    2018-02-22| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2019-03-01| R020| Patent grant now final|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004005822.9A|DE102004005822B4|2004-02-06|2004-02-06|Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle|DE102004005822.9A| DE102004005822B4|2004-02-06|2004-02-06|Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle|
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