带有用于实现液压空转而能来回切换的液压腔密封元件的凸轮轴调节器的制作方法

本发明涉及用于机动车，例如轿车、货车或其他商用车的内燃机的凸轮轴调节器，其带有定子和转子，转子以如下方式容纳在定子内，即，转子以能相对于定子扭转的方式受支承。转子具有至少一个转子叶片，其沿径向方向朝定子的内壁延伸，并且在定子与转子之间构造有第一液压腔和第二液压腔，其中，在转子叶片端侧与定子内壁之间保留有(连接)间隙，其将第一液压腔和第二液压腔相互流体连接。

背景技术：

这种凸轮轴调节器的功能原理以如下为基础，即，定子通常通过连续牵引器件，例如正时链或齿形皮带与内燃机的曲轴连接。转子通常抗相对转动地(drehfest)与凸轮轴连接，并且转子可以通过其在定子内的能扭转的支承而相对于定子在预先确定的角度范围内扭转，以便以该方式在内燃机运行期间改变内燃机的配气正时。转子相对于定子的扭转通过使第一和/或第二液压腔必要时交替地压力加载以液压液体来实现，液压液体为此可以例如通过能操控的液压阀输入或输出。由于压力加载，转子可以相对于定子扭转。

但在转子容纳在定子内部时，由于结构或功能而导致保留有(连接)间隙，其将第一和第二液压腔相互流体连接。例如可能由于定子的硬化的(外)齿部而使该(连接)间隙在其尺寸上不期望地改变，这是因为在此出现的硬化变形导致非圆的定子或定子的非圆的内壁。然而，这在没有密封(连接)间隙的情况下导致第一和第二液压腔的实际上不期望的泄漏或不期望的短接。相应的密封可以比较有利地通过密封元件实现。

由现有技术已经在不同的实施方式中公知了用于内燃机的凸轮轴调节器，它们的共同之处是想实现对在转子叶片端侧与定子内壁之间保留的(连接)间隙进行尽可能有效的密封。

因此，例如在DE 199 36 921 A1中描述了用于改变内燃机的换气阀的配气正时的设备，尤其是旋转活塞结构类型的液压凸轮轴调节装置。该设备具有构造为外转子的、与内燃机的曲轴驱动连接的驱动轮，驱动轮具有通过空心柱体形的周边壁和两个侧壁形成的空腔。在驱动轮的空腔中，通过至少两个从周边壁的内侧出发的并且朝驱动轮的纵向中心轴线指向的限界壁构造有至少一个液压工作室。设备此外由构造为内转子的、抗相对转动地与内燃机的凸轮轴连接的叶片轮构成，叶片轮安装到驱动轮的空腔中。叶片轮在其轮毂的周边上具有至少一个布置在轴向的保持槽中的叶片，叶片径向延伸到驱动轮的工作室中，并且将该工作室划分为两个分别彼此相反作用的液压压力腔。在此，叶片轮的每个叶片通过在其下端侧上布置在轴向的保持槽中的弹簧元件的力，以其上端侧径向地压紧到驱动轮的周边壁的内侧上。在有选择地或同时压力加载以液压压力介质的情况下，压力腔导致叶片轮相对于驱动轮，并且进而是凸轮轴相对于曲轴的枢转运动或者固定。

为了避免由于在叶片轮的每个叶片的上端侧与驱动轮的周边壁的内侧之间的连接间隙中的压力增加而使叶片与其弹簧元件的力相抗的径向移动，在对设备的每个液压工作室的一个或两个压力腔进行压力加载的情况下，叶片轮的每个叶片除了其弹簧元件的力以外还可以通过液压压力介质的能以有针对性的方式导入到叶片的下端侧上的压力，以其上端侧径向压紧驱动轮的周边壁的内侧。

类似的凸轮轴调节器由DE 199 32 299 A1得到。在其中描述了用于调节内燃机的凸轮轴相对于曲轴的转动角度的设备，尤其是叶片腔室调节器。该设备具有由曲轴驱动的外转子和同轴于该外转子布置的内转子，内转子与凸轮轴抗相对转动地连接，并且与外转子一起具有共同的转动轴线。在外转子内设置有至少一个液压工作室，其通过内转子的枢转叶片划分为第一和第二压力腔。压力腔与两个环形空间流动连接，并且由环形空间交替或同时提供以压力油。内转子具有用于枢转叶片的叶片容纳槽，其中，在叶片容纳槽的槽底部与枢转叶片的下侧之间设置有用于叶片挤压弹簧的间距空间。

为了确保将枢转叶片尽可能紧密地贴靠在外转子的内周边上，枢转叶片的下侧在内燃机运行时被加载以压力油。

另外的凸轮轴调节器由EP 1 339 953 B1公知。在其中描述了用于调节内燃机的凸轮轴相对于驱动轮的相对转动角度的设备。该设备具有抗相对转动地与凸轮轴连接的内部件，其至少具有近似径向延伸的接片或叶片，并且该设备具有被驱动的蜂窝轮，其具有多个在周边上分布的通过接片限界的腔室，腔室由内部件的在其中以能角运动的方式延伸的接片或叶片分别划分为两个压力腔。在通过控制线路液压压力加载或液压压力卸载两个压力腔的情况下，凸轮轴可以通过接片或叶片在两个最终部位之间相对蜂窝轮扭转。在接片或叶片的自由端侧上布置有密封元件，它们用于在自由端侧上密封两个由接片或叶片限界的压力腔或连接间隙。

为了实现比较有效地密封两个彼此分开的压力腔，在接片或叶片的端侧上设置有凹部，在凹部中布置有密封体。密封体通过液压加载挤压蜂窝轮的内壁，用以密封压力腔。

在DE 10 2010 025 883 A1中描述了另外的凸轮轴调节器，其转子具有多个径向向外延伸的转子叶片。在转子叶片的叶片端部中分别定位有用于减少泄漏的密封元件，其中，密封元件分别在沿周边方向密封的情况下通过可加载以液压介质的径向间隙以能运动的方式支承在转子叶片上。

最后，由EP 2 072 767 A2得到了如下的凸轮轴调节器，凸轮轴调节器在其转子叶片端侧具有密封元件，密封元件通过压力加载的油持续地挤压到定子的内壁或内侧上。

但此外，例如由DE 10 2007 054 547 A1也公知了如下的凸轮轴调节器，其具有锁止装置，锁止装置在内燃机的特定的运行状态下允许了在转子与定子之间的机械连接。对转子和定子的锁止也实施为所谓的中间锁止件，其中，转子和定子在可能的角度范围的中间，即在转子于定子上的各最终止挡部之间相互连接。

在实践中证实的是，尤其是在带有中间锁止件的凸轮轴调节器中应该确保一种类型的液压空转。对于液压空转来说，第一和第二液压腔可以相互流体连接，也就是说短接。为此，在带有中间锁止件的凸轮轴调节器中，控制活塞可以安装在转子叶片中，用以控制液压空转。控制活塞可以通过压力加载的液压液体和/或压力弹簧操控。不利的是，通过将控制活塞安装在转子叶片中，在转子叶片中或在转子叶片上不再保留有用于密封元件的另外的结构空间。此外，为了确保液压空转需要在转子叶片中存在横向钻孔，以便在需要时使第一和第二液压腔相互流体连接，也就是说短接。横向钻孔以切削方式制成，并且因此仅可以比较高成本地制造。

技术实现要素：

与此相对地，本发明的任务是消除或者至少减少现有技术的缺点。该任务尤其是提供如下的凸轮轴调节器，其中，在使用于结构上尽可能简单的器件的情况下可行的是，将对液压腔的尽可能有效的密封与短接液压腔的可能性组合。

在按类属的凸轮轴调节器中，该任务根据本发明以如下方式解决，即，以能径向运动的方式在转子叶片端侧中引导的密封元件能以有选择的方式在密封位置与连接位置/空转位置之间来回切换，在密封位置中，密封元件以密封(连接)间隙的方式贴靠在定子内壁上，在连接位置/空转位置中，第一和第二液压腔通过(连接)间隙相互连接。也就是说，连接位置是在其中叶片腔室的两个液压腔相互流体连接的位置，也就是说，允许/准许/能够实现液压介质在转子叶片与定子内侧之间穿通。

也就是说，在转子叶片端侧中引导的密封元件在需要时能有针对性地从使第一和第二液压腔相对彼此密封的方位或位置切换到使第一和第二液压腔短接的方位或位置中。以该方式，能切换的密封元件满足双重功能。在凸轮轴调节器的正常运行中可以实现两个液压腔彼此间的可靠的和有效的密封，在正常运行时，凸轮轴调节器的转子应相对于定子扭转。但是，两个液压腔可以在需要时通过密封元件的有针对性的切换相互连接或者短接，从而例如也可以实现液压空转。因此，为了实现液压空转也可以放弃使用控制活塞或转子叶片中的横向钻孔。

密封元件例如可以构造为如下类型的密封条，其沿凸轮轴调节器的轴向方向延伸，并且因此可以通过在理论上线形地贴靠在定子内壁上使两个液压腔相对彼此密封。密封元件可以由弹性材料，例如弹性塑料或橡胶材料制成。

有利的实施方式也在从属权利要求中得到保护，并且随后详细阐述。

因此有利的是，为了切换到密封位置中，通过能经由控制通道以有选择的方式输送的液压液体的能施加在该密封元件上面的压力，能朝内壁的方向移动密封元件。在此，控制通道以在结构上简单的方式允许了密封元件可以有针对性地切换，这是因为液压液体在控制通道中的流动例如可以通过能操纵的液压阀控制。此外，对于凸轮轴调节器来说无论如何都需要的液压液体也可以用于有针对性地切换密封元件。

对于能切换的密封元件特别可靠地贴靠在定子内壁上来说有利的是，密封元件借助弹簧沿密封位置的方向预紧。由此，可以以简单的方式提高密封元件的用于凸轮轴调节器正常运行的预应力。

本发明的有利的实施变型方案设置的是，为了切换到连接位置中，密封元件在定子内壁附近具有至少一个作用面，来自第一和/或第二液压腔的压力加载的液压液体的反压力作用到该作用面上。也就是说，密封元件在结构上以如下方式构造，即，使得无论如何都在第一和/或第二液压腔中存在的液压压力足以将密封元件切换到连接位置中。因此，凸轮轴调节器的液压液体也可以用于将密封元件切换到连接位置中，而不需要附加的操纵设备。

对于将密封元件有效地转换到连接位置中来说也有利的是，至少一个作用面以如下方式确定规格和/或在几何上成形，使得密封元件能在转子旋转时切换到连接位置中的情况下通过作用到作用面上的反压力移动到连接位置中。在此适宜的是，这优选仅当无产生压力的液压液体通过控制通道流到密封元件时才是可行的。当密封元件通过可选的弹簧朝密封位置的方向预紧时有利的是，反压力大于弹簧的预应力。

在此，至少一个布置在定子内壁附近的作用面例如可以以如下方式构造，即，密封元件在那里倒棱，也就是说具有棱边。为此替选地，密封元件可以在该部位上具有倒圆的边缘，也就是说具有构造出一个或多个作用面的半径。也可行的是，整个表面在密封元件的面对定子内壁的那一侧上倒圆地实施，从而得到至少一个作用面。为此替选地，至少一个作用面也可以简单地通过由制造导致的边缘压褶部构造，它们在制造密封元件时得到。此外，至少一个作用面也可以通过设置在密封元件上的凸肩成形。与至少一个作用面的具体的设计方案无关地，作用面应该能够实现用于反压力的力作用点。适宜地，至少一个作用面以如下方式确定规格，即，反压力可以在凸轮轴调节器运行期间与通过转子或定子的旋转产生的离心力相抗地移动密封元件。

对于将密封元件尽可能有效地转换到密封位置中来说有利的是，能通过控制通道以有选择的方式输送的液压液体的液压压力以如下方式选择或确定，使得能向着反压力将密封元件移动到密封位置中。也就是说，用于将密封元件切换到密封位置中的压力应该大于作用到至少一个作用面上的反压力。确定或调整在需要情况下能在控制通道中接入的液压压力在此可以通过液压阀、压力调节器或类似的液压辅助装置实现。

对于密封元件的在结构上简单的和能径向运动的引导或简单的切换到连接位置中来说有利的是，转子叶片端侧具有转子叶片槽，当反压力大于压力和/或弹簧力时，能通过反压力将密封元件径向移动到转子叶片槽中。

也有利的是，转子叶片槽与控制通道流体连接。例如，控制通道可以通入转子叶片槽中，从而能在其中以有选择的方式接入的液压液体可以将布置在转子叶片槽中的密封元件朝密封位置的方向移动。

特别有利地，当凸轮轴调节器具有锁止装置时可以使用根据本发明的凸轮轴调节器，转子和定子可以通过该锁止装置抗相对转动地相互连接。例如，锁止装置可以是中间锁止件，其能在内燃机的特定的运行状态下被操纵或被激活，例如用以避免凸轮轴调节器内部的振动。

本发明的特别有利的实施方式设置的是，当密封元件切换到连接位置中时，转子能运动到锁止位置中。在密封元件的连接位置中，第一和第二液压腔相互流体连接，也就是说短接，从而可以实现液压空转。

换言之，本发明能够实现的是，允许将一个或多个密封元件整合在凸轮轴调节器中，并且取消高成本的在转子叶片中的用于在液压腔之间的流体连接式短接的控制活塞和横向钻孔。例如根据密封条的方式成形的密封元件在此承担两个任务，即，在凸轮轴调节器的正常运行中密封液压腔之间的连接，并且例如在激活中间锁止功能时释放液压腔之间的流体连接，从而液压腔相互短接。也就是说，在转子叶片中没有使用控制活塞和横向钻孔的情况下确保液压空转。

附图说明

本发明随后也借助附图详细阐述，在附图中示出不同的实施例。其中：

图1示出仅部分示出的凸轮轴调节器的俯视图，凸轮轴调节器带有定子和以能转动地支承的方式容纳在定子中的转子，在转子的转子叶片端侧，在密封位置中布置有密封元件；

图2示出图1的凸轮轴调节器的放大的部分片段图II，其中，密封元件位于密封位置中；

图3沿图2的切线III示出在图2中作为部分片段图示出的凸轮轴调节器的截面图，其中，密封元件位于密封位置中；

图4沿图2的切线IV示出在图2中作为部分片段图示出的凸轮轴调节器的截面图，其中，密封元件位于其密封位置中，并且借助(可选的)弹簧在密封位置中预紧；

图5示出图1的凸轮轴调节器的放大的部分片段图，其中，密封元件位于连接位置中；

图6沿切线VI示出在图5中作为部分片段图示出的凸轮轴调节器的截面图，其中，密封元件位于连接位置中；

图7沿切线VII示出在图5中作为部分片段图示出的凸轮轴调节器的截面图，其中，密封元件位于连接位置中并且借助(可选的)弹簧在密封位置中预紧；

图8示出使密封元件运动到密封位置或连接位置中所需的(压)力情况；

图9示出密封元件上的作用面的第一实施方式；

图10示出密封元件上的作用面的第二实施方式；

图11示出密封元件上的作用面的第三实施方式；

图12示出密封元件上的作用面的第四实施方式；和

图13示出密封元件上的作用面的第五实施方式。

这些图仅是示意性的，并且仅用于理解本发明。相同的元件用相同的附图标记标注。各个实施例的特征可以相互替换。

具体实施方式

图1示出仅部分示出的凸轮轴调节器1的俯视图，凸轮轴调节器具有带有外齿的定子2和转子3，转子以如下方式容纳在定子内，即，转子以能相对于定子扭转的方式受支承。在此，定子2和转子3彼此同中心地布置。这种凸轮轴调节器1用于以液压方式引起机动车内燃机的配气正时的改变或调节。

此外在图1中可看到的是，定子2具有多个分隔接片4，它们从定子2的内壁5径向向内延伸。此外，转子3具有多个转子叶片6，它们从转子3的轮毂7沿径向方向朝定子2的内壁5延伸。在该实施例中，定子2具有刚好四个分隔接片4。转子3具有刚好四个转子叶片6，它们在转子3的周边上彼此等距分布地布置。以该方式，在定子2的两个分隔接片4之间分别构造有各一个液压空间，其通过相应在它们之间布置的转子叶片6划分为第一液压腔/子叶片腔室8和第二液压腔/子叶片腔室9。

此外从图1得到的是，在每个转子叶片6的转子叶片端侧10与定子2的内壁5之间保留有由功能或结构导致的连接间隙11，其将第一液压腔8和第二液压腔9相互流体连接。为了根据需求相对彼此密封第一和第二液压腔8、9，在各个转子叶片槽12中分别以如下方式容纳有密封元件13，即，密封元件以能径向运动的方式受支承。在该实施例中，密封元件13是由弹性材料构成的密封条。

在密封元件13的图1所示的位置中，该密封元件布置在密封位置中，在密封位置中，密封元件13以密封连接间隙11的方式贴靠在定子2的内壁5上。也就是说，两个液压腔8和9尽可能或完全地彼此流体密封地分开。当凸轮轴调节器应该改变或调节内燃机的配气正时时，密封元件13的密封位置是在凸轮轴调节器1的正常运行期间的优选的位置。

在示出图1的凸轮轴调节器1的放大的部分片段图的图2中再次更好地看到的是，密封元件13布置在密封位置中，在密封位置中，密封元件以密封连接间隙11的方式贴靠在定子2的内壁5上。为此，密封元件在转子叶片槽12内径向向外朝定子2的内壁5的方向移动。

从沿切线III示出在图2中作为放大的部分片段图示出的凸轮轴调节器1的截面图的图3得到的是，在每个转子叶片6内成形有控制通道14，其通入转子叶片槽12中，或者与转子叶片槽流体连接。此外在图3中通过箭头示出液压压力p_D，液压压力通过压力加载的液压液体引起，能将液压液体有选择地或根据需求输送至控制通道14。液压压力p_D在图3中从下方施加到密封元件13的下侧，并且径向向外朝定子2的内壁5的方向挤压或移动密封元件。也就是说，能输送至控制通道14的、压力加载的液压液体将密封元件13切换到密封位置中，或者将其挤压或使其运动到那里。

此外，在沿切线IV示出在图2中作为部分片段图示出的凸轮轴调节器1的截面图的图4中看到的是，与之替选地，密封元件13也能附加地借助可选的弹簧15在密封位置中预紧。然而，这在控制通道14内的液压压力p_D足够高的情况下不是强制必须的。

在是图1的凸轮轴调节器的放大的部分片段图的图5中示出在另一位置中，即在连接位置中的密封元件13，在连接位置中，第一和第二液压腔8和9通过连接间隙11相互流体连接或流体短接。在密封元件13的连接位置中，该密封元件相对于密封位置在转子叶片槽12内沿径向方向向内移动或运动。也就是说，连接间隙11至少部分被释放，其中，密封元件13在根据图5的图示中完全容纳在转子叶片槽12中，并且连接间隙11因此完全被释放。在该连接位置中可行的是，转子3可以沿限定的方向，即沿锁止装置的(未示出的)中间锁止位置的方向运动。为此规定了(未示出的)空转，其可以允许转子3沿优选方向的运动，并且阻止沿反方向的运动。在此，空转功能没有示出。然而，该空转功能例如能在机械上实现。

从沿切线VI示出在图5中作为部分片段图示出的凸轮轴调节器的截面图的图6中得到的是，密封元件13在转子叶片槽12中的径向移动通过液压液体的液压反压力p_G引起，其中，液压反压力p_G在图6中通过相应的箭头示出。该液压反压力p_G在图6中从上方施加到密封元件13的上侧，并且径向上向内地沿控制通道14的方向挤压或移动密封元件。液压反压力p_G通过位于液压腔8和9中的压力加载的液压液体引起。

从图6中也得到的是，在凸轮轴调节器1的所示的运行状态中，没有将压力加载的液压液体输送至控制通道14，从而在控制通道14内不存在液压压力p_D，并且液压压力没有作用到密封元件13的图6中的下侧上。由此，位于液压腔8和9内的压力加载的液压液体将密封元件13切换到连接位置中，或者在转子叶片槽12内以背离定子2的内壁5的方式挤压该密封元件或使其运动。液压压力p_D与液压反压力p_G之间的作用关系进一步在下面更详细地描述。

此外，在沿切线VII示出在图5中作为部分片段图示出的凸轮轴调节器1的截面图的图7中看到的是，与之替选地，密封元件13也可以附加地借助可选的弹簧15在密封位置中预紧。在该情况下，通过位于液压腔8和9中的压力加载的液压液体引起的液压反压力p_G必须选择得很高，从而可以克服沿定子2的内壁5的方向作用的弹簧力F_Fe。相反地，弹簧力F_Fe也可以以如下方式选择，使得液压反压力p_G足以使密封元件13运动到连接位置中。

借助示出使密封元件13运动到密封位置或连接位置中所需的(压)力情况的图8，现在要阐述在密封元件13的密封位置与连接位置之间的切换。

在图8中看到的是，在密封元件13的图8中的下侧上作用有压力F_pD，其通过在控制通道14(在此未示出)中的液压压力p_D在转子叶片槽12内产生。压力F_pD因此朝定子2的内壁5的方向或朝密封元件13的密封位置的方向作用。在图8中也说明了可选的弹簧力F_Fe，其中，通过括号示出弹簧力F_Fe的可选的存在。

此外从图8中得到的是，在密封元件13的图8中的上侧作用有反压力F_pG，其通过在液压腔8和9中存在的液压反压力p_G产生，其作用到分别配属于液压腔8和9的作用面16和17上。反压力F_pG因此与压力F_pD相反地作用。

此外，在图8中借助两个箭头说明了密封元件13的运动方向x和运动方向Y。对于密封元件13沿x方向的运动来说，如下力条件是适用的：反压力F_pG＞压力F_pD+(可选地弹簧力F_Fe)。对于密封元件13沿y方向的运动来说，如下力条件是适用的：反压力F_pG＜压力F_pD+(可选地弹簧力F_Fe)。

在图9中示出密封元件13的作用面16和17的第一实施方式。可看到的是，作用面分别以棱边的形式构造。

在图10中示出密封元件13的作用面16和17的第二实施方式。可看到的是，作用面分别以倒圆的形式构造。

在图11中示出密封元件13的作用面16和17的另外的第三实施方式。可看到的是，为此，密封元件13的上侧被连贯地倒圆。

在图12中示出密封元件13的作用面16和17的另外的第四实施方式。可看到的是，作用面以由制造导致的、例如局部垂直的边缘压褶部的形式构造。

在图13中示出密封元件13的作用面16和17的另外的第五实施方式。可看到的是，作用面以(唯一的)有棱角的例如垂直的凸肩的形式构造在其中一个子叶片腔室/液压腔的每一侧上。

附图标记列表

1 凸轮轴调节器

2 定子

3 转子

4 多个分隔接片

5 内壁

6 多个转子叶片

7 轮毂

8 第一液压腔

9 第二液压腔

10 转子叶片端侧

11 连接间隙

12 转子叶片槽

13 多个密封元件

14 控制通道

15 弹簧

16 作用面

17 作用面

F_pD 压力

F_Fe 弹簧力

F_pG 反压力

p_D 液压压力

p_G 液压反压力