(57)【要約】【課題】      本発明の課題は、運転中、高角速度においても確実に捕捉され、同様に確実にロック解除され、容易に製造でき、全トルクを固定子から回転子に伝達でき、そして負荷が大幅に変動する中で、できるだけ小さいガタ付き騒音を生じさせるロックピンすなわちロック摺動体を提供することである。【解決手段】  摺動体が、第一部分、すなわち第一直径を有する初期力伝達部分と、第二部分、すなわち第二直径を有するくさび状固定部分とから成り、その際第一直径が第二直径より大きく、２つの部分が、ロックされた状態で収容開口部内に設けられているように、摺動体に配置されており、収容開口部が、初期力伝達ユニットよりも大きい直径を有し、そしてロック過程時に、初期力伝達部分とくさび状固定部分の間で力の伝達が交番されるように構成されていることにより解決される。【選択図】    図５
2006214435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子および固定子を備え、その際固定子は、ウェブを用いて回転子の回転翼と共に、逆に作用する少なくとも二つの油圧式シリンダーを形成し、
ロックユニットを有しており、このロックユニットが、互いに相対位置で回転子を固定子に対してロックするために、板、特にバネ板と、予緊張手段と、摺動体と、摺動体と対応する一部の摺動体のための収容開口部とを備えている、スイーベルモーターの原理によるカム軸調節器において、
摺動体が、第一部分、すなわち第一直径を有する初期力伝達部分と、第二部分、すなわち第二直径を有するくさび状固定部分とから成り、その際第一直径が第二直径より大きく、
２つの部分が、ロックされた状態で収容開口部内に設けられているように、摺動体に配置されており、
収容開口部が、初期力伝達ユニットよりも大きい直径 を有し、そして
ロック過程時に、初期力伝達部分とくさび状固定部分の間で力の伝達が交番されるように構成されていることを特徴とするカム軸調節器。
【請求項２】
くさび状固定部分が、好ましくは摺動体の縦方向軸線に係合する心棒であることを特徴とする請求項１記載のカム軸調節器。
【請求項３】
心棒が、切頭円錐形の部分輪郭を有する少なくとも一つの円形部分を備え、好ましくは少なくとも一つの直線部分を備えていることを特徴とする請求項２記載のカム軸調節器。
【請求項４】
第一直径と第二直径が、摺動体の同じ平面内に配置されていることを特徴とする請求項１記載のカム軸調節器。
【請求項５】
くさび状固定部分が、特に切頭円錐形部分の輪郭により、対応する収容開口部と共に面接触部内で双務的にくさび状固定効果をもたらす輪郭を有していることを特徴とする請求項１記載のカム軸調節器。
【請求項６】
第一直径が円筒形の棒状体の直径であり、第二直径が切頭円錐形の直径であることを特徴とする請求項１記載のカム軸調節器。
【請求項７】
摺動体が、その一方の端部、特に収容開口部から離れた端部において、油圧媒体を用いて下部を流れる周囲のカラーを備え、そして
摺動体が、中央開口部を備え、この中央開口部内において、予緊張手段、特にコイルバネが、摺動体が特にカバーキャップの形状を有するように係合し、その際予緊張手段の他方の側が好ましくは板に支持されていることを特徴とする請求項１記載のカム軸調節器。
【請求項８】
油圧媒体が、収容開口部に近い側の導管を通って摺動体の下方を流れるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のカム軸調節器。
【請求項９】
摺動体の先端部が、円形のリング部であり、このリング部の壁厚が収容開口部から離間する方向で徐々に増すように構成されていることを特徴とする請求項１記載のカム軸調節器。
【請求項１０】
心棒の高さが、くさび状固定部分により形成されている空域よりも低いことを特徴とする請求項２記載のカム軸調節器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念による遊びの無いロック部を備えたカム軸調節器に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのカム軸調節器が存在する。螺旋状に歯の付いたカム軸調節器は別にして、スイーベルモーターの原理に従ったカム軸調節器が広く用いられている。一般的に、スイーベルモーターのカム軸調節器はケーシングを有しており、このケーシングは固定子とも呼ばれ、このケーシング内では、任意の数の回転翼を備えた回転子が運動することができる。例えばエンジンオイルのような油圧液体を収容するためのチャンバーが、固定子のウェブと回転子の回転翼間に形成されている。回転子と固定子間の運動の自由度は、摺動体により随意に制限または妨げることができる。このような類の摺動体またはロックピンはバネで予緊張されていることが多い。バネ力を乗り越えた際に初めて、摺動体はロック解除位置に移動するにすぎない。次いで回転子の回転翼に作用する油圧の圧力により、旋回運動を回転角度内で行なうことが可能になる。それにより内燃機関の連結されたカム軸がその位置の面で変化し、従ってクランク軸のような駆動軸に対する開口時間および閉鎖時間も変化する。トルクは固定子を経由して、クランク軸または燃内機関の他の軸から、固定子および連結したカム軸に伝達される。ロック摺動体は全トルクが摺動体を経由して伝達できるように設計しなければならない。摺動体は必要に応じて確実にロックされるべきであり、他の状態でロック解除が保証されないように引っ掛かって動かなくなるべきではない。
【０００３】
特許文献において、度々ネジで予緊張されているロックピンに関する数多くの提案が見て取れる。特許文献１の図２には、カム軸に対して平行なピンが示してあり、このピンはカバーに対して回転子をロックするようになっている。カバーの中に突出している端部は切頭円錐形に形成されている。カバー内の収容部は明らかに大きい。さらにこのような類のピンは運転中でもしばしば調節可能でなければならず、ケージング、蓋およびピンの間の遊びのために、負荷変動の状態にあっては、聞き逃すことのできないガタ付き騒音が認識できるだろう。
【０００４】
さらに類似した寸法は、特許文献２の図４の多段ピンにおいても見て取れる。下側端部はピンの傾斜した端部を収容するために切頭円錐形である。ロックピンの円筒状に成形された先端部の収容部の切頭円錐形の端部は、実際の先端部に比べて大きく寸法が定められている。さらにカム軸調節器のロックユニットのこの類の形態においてもガタ付き騒音を聞くことができる。
【０００５】
特許文献３の図５ａから、ロックピンの切頭円錐形の先端部は、ほぼ同じ大きさの円形トラフ内に押込むことができることがわかる。両構成部品間にはただわずかな線接触が生じているだけである。トルクは全て線接触を経由して内燃機関の連結した二本の軸間で伝達させねばならない。収容され、かつ寸法に関して互いに良好に適合したピンが、特許文献４と特許文献５において、特に特許文献６の図１１において、特に特許文献７の図１及び図３において見て取れる。日本の刊行物は円筒形の収容部を備えた円筒形ピンを示している。特許文献６および特許文献５では、ロックピンの切頭円錐形の先端部は、ロックした状態で、ピンに正確に相当するように大きさを定められた切頭円錐形のトラフ内に係合する。その他のピンの大きさを定めることが、特許文献７から見て取れ、その変化に富んだ輪郭はコストをかけた場合に限り製造可能である。
【０００６】
特許文献８、特に図1は、その前方部において楕円形のねじれ形状の表面を呈するロックピンを開示している。ここでも精密な遊びに関しては製造技術の品質を考慮しなければならない。
【特許文献１】米国特許第５８３６１７６号明細書
【特許文献２】ドイツ国特許出願公開第１０１４９０５６号明細書
【特許文献３】米国特許第６４９７２０８号明細書
【特許文献４】特開２００１第０５００１８号明細書
【特許文献５】ドイツ国特許出願公開第１００３８０８２号明細書
【特許文献６】米国特許第６４７４２８０号明細書
【特許文献７】ドイツ国特許出願公開第１９７４２９４７号明細書
【特許文献８】ドイツ国特許出願公開第１９６２３８１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
運転中、高角速度においても確実に捕捉され、同様に確実にロック解除され、容易に製造でき、全トルクを固定子から回転子に伝達でき、そして負荷が大幅に変動する中で、できるだけ小さいガタ付き騒音を生じさせるロックピンすなわちロック摺動体を専門家が長い間探していることは明白である。
【０００８】
請求項１による相応する収容部を備えた本発明によるロック摺動体は、多数の要求の中にある避けられない妥協を経由してこのような理想的要求に達する。有利な形態は従属請求項に見い出すことができる。
【０００９】
スイーベルモーターの原理に従って作動するカム軸調節器は回転子と固定子とを有する。駆動軸は回転子に連結し、被駆動軸は固定子に連結している。固定子と回転子が協働して、少なくとも２つの逆方向に作用する油圧式チャンバーを形成している。一方の油圧式チャンバーが膨張すると、他方の油圧式チャンバーは相応して縮小する。一方の油圧式チャンバーの圧力が、回転子の回転翼の一方の側に作用し、したがって回転子を別の油圧式チャンバーの方向に動かす。さらにカム軸調節器はロックユニットを備えている。ロックユニットは板、予緊張手段及び摺動体といった構成部品を有する。予緊張がばね手段の場合、板はバネ板を形成する。ロックユニットは回転子にも固定子にも配置できる。摺動体は各々の他の部品、すなわち固定子または回転子内において、相応する収容開口部を有しており、この収容開口部は収容開口部内に入ることが可能な摺動体先端部の形状に相応している。回転子が固定子に対して一定の相対位置にある場合、ロックユニットの機能は、固い連結部あるいは固定部を提供することである。回転子と固定子はロックされている。実際の摺動体は多数の部分に分割されている。第一部分は初期力（advance power）伝達部分である。摺動体は円形、あるいは卵形、あるいは楕円形の形状を備えていてもよいので、第一部分は第一直径を有する。この直径は絶対的な直径であるかあるいは形状に応じた楕円形状の平均直径である。第一部分に加えて、摺動体はさらに第二部分を有する。第二部分は固定機能を果たす。くさび状固定が一旦行われると、回転子と固定子はロックされる。固定部分は独自の直径を有する。カム軸調節器がロックされた状態にあると、第一直径と第二直径はどちらも、相応する収容開口部内にあり、かつロックユニットの反対側に配置されている半組立品により囲まれている。実際の収容開口部は第一部分、すなわち初期力伝達部分より大きな直径を有する。例えば摺動体上で、予緊張手段に抗して油圧式圧力をかけるので、ロックユニットが収容開口部に入ると、まず初期力伝達部分を経由してロックが行われる。しかしながら、このロックの過程はなお遊びの影響を受けている。さらに摺動体が入ると、第二部分、すなわちくさび状固定部分が固着する。ロック作用の変化が起きる。固定子内に導入される力は、初期伝達部分から固定部分へ力の伝達の変化に続いてバイパスされる。力の伝達の変化の有利な側面の１つは、実質的な遊びを初めに有する初期力伝達部分により、回転子が高回転速度での固定子に対して適所で安全に捕捉されることが確実に行われるという事実にある。回転子はまず固定子に対して減速される。ロックの経過において、固定部分は力伝達機能を引き継ぐ。遊びは固定作用により最小限にされる。それ以上のガタ付き騒音が生じることは、ほとんどあり得ない。くさび状固定時の遊びのレベルは低いので横方向の力はほとんど生じない。磨耗は最小限になる。しかしながら、遊びの影響を受ける捕捉過程は、大きな摺動体の直径でもって行われる。ほとんどの材料は、捕捉過程時に使用可能である。
【００１０】
ロックユニットを駆動軸に対して水平に配置することが有利である。しかしながら、本発明の原理は駆動軸に対して垂直に配置される、垂直ロックユニット装置にも適用できる。
【００１１】
本発明の有利な側面によると、くさび状固定部分のためのくさび状固定の対象物は、心棒から形成されており、この心棒は、摺動体に抗して、推進方向で、ロック位置への移動の方向を指し示す。くさび状固定対象物と摺動体の間の方向転換により、構造空域が削減され、従ってケージングすなわちカバーは、薄肉設計が可能である。心棒および摺動体の縦方向軸線が同軸上にある場合、最短の構造空域が得られる。
【００１２】
実際の心棒は総じて円形である。心棒は切頭円錐形の部分輪郭を有していてもよい。心棒の一部は直線部分から成ることもある。重要な要素は、十分なくさび状固定の面を備えることである。油圧媒体を介して予緊張手段に抗して摺動体をロックされない位置内に押し戻すことができるように、付加的なアンダーフロー面が、摺動体のために提供されるべきである場合に、円形部分と直線部分の組み合わせは有利である。
【００１３】
さらに、同じ摺動体領域の二重の機能は、二つの直径、すなわち初期力伝達部分のための直径と、くさび状固定部分の直径とが、摺動体の同じ平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
くさび状固定部分は、くさび状固定の効果が面接触により導き出されるような輪郭を有する。輪郭が製造技術の点から製造が容易であるため、切頭円錐形部分の輪郭が特に適切である。相応する収容開口部は、確実な係合によりくさび状固定の部分の輪郭と協働して嵌合するように設計されている。
【００１５】
外観から考えて、摺動体は円筒形ロッドの形状を有していてもよく、この円筒形ロッドは、くさび状固定部分の領域内において切頭円錐形の直径を備えている。この場合第一直径は円形の平面の直径であり、第二直径は切頭体の直径である。
【００１６】
カム軸調節器は容易にロック可能であるべきであり、かつさらに容易にロック解除可能であるべきなので、摺動体は、その下方で油圧媒体が容易に流れる圧力面を備えている。適切な導管構造により、及び例えば円周上のカラーのようなさらなる支承面すなわち圧力面を備えることにより、低圧力でもって予緊張バネに抗する必要な反力を加えるために、圧力面を予緊張力に抗して広げることができる。円周上のカラーは、可動な案内機能を同時に引き受けるように、その幅に関して大きさを定められる。断面図において、摺動体は先端部を備えたキャップの外観を有する。キャップの形状により、予緊張手段のための収容空域として役に立つ中央開口部が形成される。材料の節約が達成されると、摺動体は全体として軽くなり、従ってこの摺動体はわずかな力により、すなわち予緊張力と復元力の両方により動きかつ変位する。予緊張手段が板に作用することにより、予緊張手段のための静止姿勢が形成される。
【００１７】
他の面の下方で、たとえば収容開口部において油圧媒体が流れるように、ロックユニットはさらに導管を備えていてもよい。一変形は例えば収容空域の心棒に本質があり、この収容空域は、楔状固定部分に取囲まれた空域よりも高さが低い。これから形成される中空空域は油圧媒体のために意図して設けられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施例を用いて図に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
図２はカム軸調節器の一方の平面図であり、このカム軸調節器は図１において概略を示しており、カム軸を示した状態にある。付加的な断面図は図３および図４において見てとれる。カム軸調節器１は軸１５と係合しており、この軸上にカム１７を示してある。図１により、カム軸調節器は連結ネジ２５によっても、軸１５と鎖歯車２３間の不確実な係合によっても連結できることがわかる。カム軸調節器１のカバー２１は、固定ネジ２７のような固定手段により一緒に保持されている。ケージング１９とカバー２１は、図３および図４において油圧チャンバー１１と１３として示してある空洞を遮断する。油圧チャンバー１１、１３には、油導管３１を通って油圧媒体が供給されている。固定ネジ２７はカム軸調節器１の固定子３に設けられたネジ案内部２９貫通している。固定子３のネジガイド２９がウェブ５内に配置されていることは有利である。１つ以上の回転翼９を有する回転子７は、固定子３内に設けられている。図３と図４によれば、摺動体５６を備えたロックユニット５０は、回転翼９内に配置されている。ロックされた位置で、摺動体５６は収容開口部５８へ入り、この収容開口部はケージング１９内に設けられている。ロックされた位置は第一段階の位置であり、この位置は、予緊張手段５４を摺動体５６に押圧することから生じ、板５２に抗して支持され、したがって摺動体６０の一部を予緊張力を用いて収容開口部５８内へ押し入れる。
【００２０】
図５、図６および図７は、カバー２１の下方に摺動体１００と収容開口部１１６を示しており、適した実施例を容易に理解するために参照する。摺動体１００は穴開けされた形状を有しており、この形状を通って中央開口部１３４が形成されている。コイルバネ１３６が中央の開口部１３４内に配置されている。ロックユニット１４８は摺動体１００、コイルバネ１３６、板５２及び収容開口部１１６を含む、多くの部品で構成されている。摺動体１００は、多数の部分と領域、すなわち第一部分１０４、第二部分１１０、摺動体１２８の一方の端部、カラー１３０および先端部１４０に分割できる。先端部１４０は、摺動体の一方の端部におけるくさび状部分１４２の空域が、中空空域として形成されるように円形である。収容開口部１１６は独自の輪郭を有しており、この輪郭は円形部分１２０と直線部分１２４を有する心棒１１８を形成している。円形部分１２０は切頭円錐形の部分輪郭１２２として成形されていてもよい。収容開口部１１６の心棒１１８の直線部分１２４は、摺動体１００の第二部分１１０の一部と一緒になって油導管を形成し、この油導管は、油圧式チャンバー１１または１３に通じているアンダーフロー導管１３２内に開口している。ロックユニット１４８がロックした状態にあると、確実な係合は、摺動体１００の第二部分１１０と共に、切頭円錐形の部分輪郭１２２により形成されている。摺動体の第一部分１０４は、第一直径１０６を有しており、この第一直径により、摺動体１００は直径１１４を備えた収容開口部１１６に入ることができる。摺動体はセットバックされた平面F、たとえば摺動体の平面１２６として決定できる心棒の深さで切断することができる。この平面１２６において摺動体１００の第一直径１０６と、状体１００の第二部分１１０の第二直径１１２を互いに比較すると、第一直径１０６は第二直径１１２よりも大きい。収容開口部１１６に置かれている摺動体の部分１０２は、ロック機能を行う。カラー１３０は摺動体１００の端部１２８の周囲に延在しており、かつでロックユニットの壁または回転翼９の孔壁に支持されている。図７は摺動体１００の先端部１４０の平面図あるいは部分断面図である。摺動体１００の先端部１４０の壁厚１３８は、二つの直径１０６と１１２により決定されることが見て取れる。内径の一部が心棒１１８の輪郭の一部に設置されているに過ぎない。中空空域すなわち凹部Ｙが形成されており、この凹部内において、摺動体１００が自由領域内に設置されており、その中空空域すなわち凹部は、内部直径Ｘ全体において、油がコイルバネ１３６に抗して摺動体１００を押し戻すように、アンダーフロー導管１３２に通じていてもよい。図６が設けられた油空域を示す一方で、摺動体は心棒に設置されている。その他の進入導管１４４は、カラー１３０の下方で油圧媒体を移送する。この進入導管は摺動体１００の端部１２８の領域内に設置されている。
【００２１】
本発明によれば、その他の実施例は各々、摺動体２００あるいは３００の図８および図９に見ることができる。類似した部品と構成部材は、図５、図６および図７による、構造上の変形と比べた場合、１００及び２００だけ増えた番号を有している。ロックユニット２４８，３４８は異なっており、その相違は、詳細には特に摺動体２００，３００の先端部２４０，３４０の領域内に見ることができる。ロックユニット２４８，３４８は、板５２，コイルバネ２３６，３３６そして収容開口部２１６，３１６を備えている。収容開口部２１４、３１４の直径は、摺動体２００，３００の第一部分２０４，３０４の第一直径２０６，３０６よりも大きい。二つの摺動体２００，３００は、類似した端部２２８、３２８を有する。カラー２３０，３３０が配置されており、端部２２８，３２８の付近で、このカラーに進入導管２４４，３４４が通じている。
【００２２】
図８による摺動体２００は、第一直径２０６を備えた摺動体２００の第一部分２０４が、見い出せる部分２０２を有する。それに続いて摺動体２００の第二部分２１０が設けられており、この第二部分は第二直径２１２を有する。収容開口部２１６の直径２１４は、摺動体２００の第一部分２０４の第一直径２０６より大きい。収容開口部２１６はロック開口部２１８に移行する。図示した例において、両方の開口部、すなわち収容開口部２１６とロック開口部２１８は、軸Gに沿って一列で同軸に配置される。さらにこれは示していないが、ロック開口部２１８が収容開口部２１６に対して離心的に配置されているのは考えられる。摺動体２００の先端部２４０における円形部分２２０は、摺動体２００の先端部２４０とロック開口部２１８の表面間のロックが不確実な係合により達せられるように、ロック開口部２１８の切頭円錐形の部分輪郭２２０内に嵌合するよう配置される。不確実な係合を解放するために、アンダーフロー導管２３２が設けられている。アンダーフロー導管２３２には加圧された油圧媒体が供給されている。油圧媒体は摺動体２００の下方を通過し、かつ摺動体２００の中央の開口部２３４に配置されたコイルバネ２３６に抗して摺動体を固定部から解放することができる。その作用は進入導管２４４を経由してカラー２３０のアンダーフローにより増大する。これにより実質的に摺動体２００の横断面のほぼ全体が油圧で使用できる。
【００２３】
図９による摺動体３００の先端部３４０は、摺動体２００の先端部２４０とは幾分異なる。コイルバネ３３６の一方の端部は、中央開口部３４４内に配置されており、コイルバネの他方の端部は板５２に抗して配置されている。アンダーフロー導管３３２は二つの相互穿孔された（cross-drilled）縦穴から成り、この二つの縦穴は互いに移行し、かつカラー３３０の下方の進入導管３４４を経由して、アンダーフローと共にロックされていない位置に摺動体３００が油圧で押込められるように、一方の油圧チャンバーを心棒３１８の先端部に油圧で結合する。さらに摺動体３００の部分３０２は、第一直径３０６を有する第一部分３０４と第二直径３１２を有する第二部分３１０とを備えている。収容開口部３１６の直径３１４は、摺動体３００の部分３０２全体がその中に収容できるように形成されている。同様に円形部分３２０と切頭円錐形の部分輪郭３２２を有する心棒３１８は、図５、図６および図７による実施例の心棒の深さFに比べて心棒の深さがある。二つの直径３０６、３１２は摺動体３００の同じ平面３２６内に設けられている。しかしながら、平面３２６は総じて摺動体１００の平面１２６よりも総じて高い位置に設けられている。摺動体３００のくさび部分の空域３４２の中を見ると、摺動体３００の先端部３４０は、ポットあるいはカップと比較可能であり、このポット内で心棒３１８が係合する。摺動体３００の壁厚３３８は、二つの直径３０６と３１２の差により定義されている。摺動体３００の第一部分３０４がロック過程の間に生じる負荷モーメントを確実に捕捉し、かつ伝達できるように摺動体３００の第一直径３０６の寸法が決められる限り、壁厚３３８はかなり小さくてもよい。図８の摺動体２００の壁厚２３８も同様にして寸法が決められる。しかしながら、この場合壁厚２３８はアンダーフロー導管２３２を経由したアンダーフロー面を予め決定する。
【００２４】
たった３つの実施例だけを詳細に取り上げただけであるが、本発明の１つの側面によれば、２つの異なる直径があることにより、カム軸調節器の静的な部品から回転部品へ力の伝達交番が可能になる場合に、これらの実施例がカム軸調節器の摺動体を備えているのは自明である。両方の直径が１つの平面内に同時にあるのは有利なことである。構造空域の最適な使用が重要ではない場合、捕捉するための直径及び固定するための直径は、縦方向軸線に沿った様々な平面内に配置できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】示したカム軸を備えた本発明によるカム軸調節器断面図である。
【図２】図１に関する部分的符号を備えた平面図である。
【図３】図１のＢＢ線に沿ったカム軸調節器の部分断面図である。
【図４】図１のＣＣ線に沿ったカム軸調節器の部分断面図である。
【図５】ロックユニットを備えた、本発明によるカム軸調節器の第一実施例の様々な図である。
【図６】ロックユニットを備えた、本発明によるカム軸調節器の第一実施例の様々な図である。
【図７】ロックユニットを備えた、本発明によるカム軸調節器の第一実施例の様々な図である。
【図８】ロックユニットを備えた、本発明によるカム軸調節器の他の実施例を示す図である。
【図９】カム軸調節器の本発明によるロックユニットの第三実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１        カム軸調節器
３        固定子
５        ウェブ
７        回転子
９        回転翼
１１      油圧式チャンバー
１３      油圧式チャンバー
１５      軸
１７      カム
１９      ケージング
２１      カバー
２３      鎖歯車
２５      連結ネジ
２７      固定ネジ
２９      ネジ案内部
３１      油導管
５０      ロックユニット
５２      板
５４      予緊張手段
５６      摺動体
５８      収容開口部
６０      摺動体の一部
１００    摺動体
１０２    摺動体の一部
１０４    摺動体の第一部分
１０６    第一直径
１１０    摺動体の第二部分
１１２    第二直径
１１４    収容開口部の直径
１１６    収容開口部
１１８    心棒
１２０    円形の部分
１２２    切頭円錐形の部分輪郭
１２４    直線部分
１２６    摺動体の平面
１２８    摺動体の端部
１３０    カラー
１３２    アンダーフロー導管
１３４    中央の開口部
１３６    コイルバネ
１３８    壁厚
１４０    先端部
１４２    くさび状固定部分の空域
１４４    進入導管
１４８    ロックユニット
２００    摺動体
２０２    摺動体の一部
２０４    摺動体の第一部分
２０６    第一直径
２１０    摺動体の第二部分
２１２    第二直径
２１４    収容開口部の直径
２１６    収容開口部
２１８    ロック開口部
２２０    円形部分
２２２    切頭円錐形の部分輪郭
２２８    摺動体の端部
２３０    カラー
２３２    下部の流れの導管
２３４    中央の開口部
２３６    コイルバネ
２３８    壁厚
２４０    先端部
２４４    進入導管
２４８    ロックユニット
３００    摺動体
３０２    摺動体の一部
３０４    摺動体の第一部分
３０６    第一直径
３１０    摺動体の第二部分
３１２    第二直径
３１４    収容開口部の直径
３１６    収容開口部
３１８    心棒
３２０    円形部分
３２２    切頭円錐形の部分輪郭
３２６    摺動体の平面
３２８    摺動体の端部
３３０    カラー
３３２    アンダーフロー導管
３３４    中央開口部
３３６    コイルバネ
３３８    壁厚
３４０    先端部
３４２    くさび状固定部分の空域
３４４    進入導管
３４８    ロックユニット
Ｆ        心棒の深さ
Ｇ        縦方向軸線
Ｘ        内径
Ｙ        凹部
【図１】
2006214435.tif 000003
【図２】
2006214435.tif 000004
【図３】
2006214435.tif 000005
【図４】
2006214435.tif 000006
【図５】
2006214435.tif 000007
【図６】
2006214435.tif 000008
【図７】
2006214435.tif 000009
【図８】
2006214435.tif 000010
【図９】
2006214435.tif 000011
【外国語明細書】
Title of Invention
Camshaft adjuster with play-free locking
Detailed Description of Invention                                    
Background of the INVENTION
The invention relates to a camshaft adjuster with play-free locking according to the preamble of Claim 1.
There are numerous camshaft adjusters. Apart from helically toothed camshaft adjusters, camshaft adjusters according to the swivel motor principle are widely used. As a rule swivel motor camshaft adjusters have a housing which is also called a stator and in which a rotor with an arbitrary number of blades can move. Chambers for accommodating a hydraulic fluid such as, for example, a motor oil, are formed between webs of the stator and the blades of the rotor. The freedom of motion between the rotor and the stator may optionally be limited or impeded by a bar. Bars of this kind or locking pins are frequently spring-biased. The bar is only moved into an unlocked position when a spring force is overcome. A hydraulic pressure acting on the blade or blades of the rotor then allows a swivelling movement to take place within an angle of rotation by means of which a connected camshaft of an internal combustion engine is changed in terms of its position and therefore its opening and closing times with respect to a driving shaft, such as a crankshaft. A torque is transmitted via the stator from the crankshaft or another shaft of the internal combustion engine to the stator and the connected camshaft. The locking bar must be designed such that the entire torque can be transmitted via the bar. The bar should also lock securely if required and not jam such that unlocking is not guaranteed in another state.
Numerous proposals for locking pins, which are frequently biased by a spring, can be found in the patent literature. Figure 2 of US 5 836 276 shows a pin parallel to the camshaft which is to lock a rotor with respect to a cover. The end which projects into the cover is of frustoconical formation. The receptacle in the cover is distinctly larger. A pin of this kind would also have to be adjustable frequently during operation, and a non-superaudible rattling noise would probably be perceptible under load changes on account of the play between the housing, the cover and the pin.
Similar dimensions would also appear to be found in the case of the multi-stepped pin of Figure 4 from DE 101 49 056 A1. The lower end is frustoconical in order to accommodate the bevelled ends of the pin. The frustoconical end of the receptacle of the cylindrically shaped tip of the locking pin is of larger dimensions than the actual cylindrical tip. Rattling noises can also be heard in this kind of configuration of the locking unit of a camshaft adjuster,
Figure 5 a of US 6 497 208 B2 shows that the frustoconical tip of the locking pin can be pushed into a round trough of approximately the same dimensions. There is only slight line contact between the two components. The entire torque must be transmitted via the line contact between the two connected shafts of the internal combustion engine. Pins which have receptacles and are better adapted to one another in terms of their dimensions can be found in JP 2001050018 A, DE 100 38 082 A1, in particular Figure 11, US 6 474 280 B2, in particular Figure 1, and Figure 3 of DE 197 42 947 A1. The Japanese publication shows a cylindrical pin with a cylindrical receptacle. In US 6 474 280 B2 and DE 100 38 082 A1 the frustoconical tip of the locking pin engages in the locking state in a frustoconical trough which is dimensioned to correspond exactly to the pin. DE 197 42 947 A1 comprises further dimensioning of a pin, the multiform contour of which can only be produced at a high cost.
DE 196 23 818 A1, in particular Figure 1, discloses a locking pin which presents an oval torsion-like surface in its front part. Manufacturing qualities have to be taken into account here too for the purpose of exact play.
SUMMARY OF THE INVENTION
It is obvious that the professional world has for a long time been searching for a locking pin or bar which, during operation, even at high angle of rotation velocities, is securely caught, equally securely unlocked, can be easily produced, can transmit the entire torque from the stator to the rotor and generates as little rattling noise as possible under substantial load changes.
A locking bar according to the invention with a corresponding receptacle according to Claim 1 approaches these idealised requirements by way of inevitable compromises between the numerous requirements. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
A camshaft adjuster which operates according to the swivel motor principle has a rotor and a stator. A driving shaft is connected to the rotor, and the driven shaft is connected to the stator. Together the stator and the rotor form at least two hydraulic chambers acting in opposition. If one hydraulic chamber expands, the other hydraulic chamber is reduced accordingly. Ideally the pressure of one hydraulic chamber acts on one side of a blade of the rotor and thus moves the rotor in the direction of the other hydraulic chamber. The camshaft adjuster also comprises an arresting unit. The arresting unit has components such as a plate, a biasing means and a bar. If the biasing means is a spring means, the plate forms a spring plate. The arresting unit may be disposed both in the rotor and in the stator. The bar has a corresponding receiving opening in the respective other component, stator or rotor, which corresponds to the shape of the bar tip, which can enter the receiving opening. The function of the arresting unit is to afford a firm connection or anchorage when the rotor is in a certain position relative to the stator. The rotor and the stator are arrested. The actual bar may be divided into a plurality of portions. A first portion is an advance power transmission portion. As the bar may have a round or an oval or an elliptical shape, the first portion has a first diameter. This diameter is either the absolute diameter or an average diameter of an elliptical shape,  depending on the shape. In addition to the first portion, the bar has a further, second portion. The second portion performs the wedging function. The rotor and the stator are arrested once wedging has taken place. The wedging portion has a particular diameter. Both the first diameter and the second diameter are in the corresponding receiving opening when the camshaft adjuster is in the arrested state and are enclosed by the subassembly lying opposite an arresting unit. The actual receiving opening has a larger diameter than the first portion, the advance power transmission portion. If the arresting unit enters the receiving opening on account of, for example, the application of hydraulic pressure against the biasing means on the bar, arresting firstly takes place via the advance power transmission portion. However this arresting process is still subject to play. The second portion, the wedging portion, takes hold when the bar enters further. A change in the arresting action takes place. The power which is introduced into the stator is diverted following the change of power transmission from the advance power transmission portion to the wedging portion. One of the advantageous aspects of the power transmission change lies in the fact that an advance power transmission portion which initially exhibits substantial play ensures that the rotor is securely caught in position relative to the stator at high rotational speeds. The rotor is firstly braked relative to the stator. The wedging portion takes over the power transmission function in the course of the arresting process. Play is minimised by the wedging action. It is hardly possible for further rattling noises to occur. Few transverse forces occur on account of the low level of play during wedging. Wear is minimised. However the catching process, which is subject to play, is carried out with a large bar diameter. More material is available during the catching process.
It is advantageous to dispose the arresting unit horizontally relative to the driving shaft. However the principle of the invention can also be applied to a vertical arresting unit which is disposed perpendicularly to the driving shaft.
According to an advantageous aspect of the invention, the wedging counterpiece for the wedging portion may be formed from a mandrel which points in the direction of propulsion, the direction of movement into the locking position, contrary to the bar. The reversal of direction between the wedging counterpiece and the bar results in a saving in construction space, and the housing or cover can therefore be of a thinner design. The shortest construction space is achieved if the mandrel and the longitudinal axis of the bar lie on one and the same axis.
The actual mandrel may be circular overall. It may have a frustoconical partial contour. It may consist of straight portions in part. The important factor is to provide a sufficient wedging face. A combination of a circular portion and a straight portion is favourable in the case in which an additional underflow face is to be offered for the bar in order that the bar can be pushed back into its non-arrested position against the biasing means via a hydraulic medium.
The dual functionality of the same bar regions can also be characterized in that the two diameters, the diameter for the advance power transmission portion and the diameter for the wedging portion, lie in one and the same plane of the bar.                         
The wedging portion has a contour such that the wedging effect is derived through surface contact. Frustoconical portion contours are particularly suitable, as the contours are easy to produce in terms of manufacturing engineering. The corresponding receiving opening is designed such that it fits together with the contour of the wedging portion by means of a positive engagement.
Considered from the outside, the bar may have the shape of a cylindrical rod which has a frustoconical diameter in the region of the wedging portion. In this case the first diameter is a diameter of a circular plane and the second diameter is the diameter of a cone frustum.
Because the camshaft adjuster is to be easily lockable and also easily unlockable, the bar is provided with pressure faces under which a hydraulic medium can easily flow. By means of appropriate duct structures and the provision of further bearing faces or pressure faces such as, for example, a circumferential collar, the pressure faces can be widened against the biasing force in order to apply the required counterforce against the biasing spring with a lower pressure. The circumferential collar is dimensioned in terms of its width such that it simultaneously assumes a guide function for the mobile pin. In a sectional representation the bar has the appearance of a cap with an increased tip. The cap shape forms a central opening which can serve as a receiving space for the biasing means. The material saving which is achieved makes the bar as a whole lighter, and it can therefore be moved and displaced by a smaller force, both the biasing force and the restoring force. The action of the biasing means on the plate creates a stationary position for the biasing means.
The arresting unit may comprise further ducts in order that a hydraulic medium may flow under further faces, for example at the receiving opening. One variant consists, for example, in the mandrel of the receiving space being of a smaller height than the space which is enclosed by the wedging portion. The hollow space which is formed from this is intended for a hydraulic medium.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The invention can be more easily understood with reference to the figures, wherein
Figure 1 is a section through a camshaft adjuster according to the invention with indicated camshaft,
Figure 2 is a plan view with a sectional marking for  Figure 1,
Figure 3 represents a partly sectional camshaft adjuster along the section BB of Figure 1,
Figure 4 represents a partly sectional camshaft adjuster along the section CC of Figure 1,
Figures 5, 6 and 7 represent different views of a first embodiment of a camshaft adjuster according to the invention with arresting unit,
Figure 8 represents a further embodiment of a camshaft adjuster according to the invention with arresting unit
and Figure 9 represents a third embodiment of an arresting unit according to the invention of a camshaft adjuster.
DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Figure 2 is a plan view onto one side of a camshaft adjuster which is outlined in Figure 1 with indicated camshaft. Further sections can be seen in Figure 3 and Figure 4. The camshaft adjuster 1 is engaged with a    shaft 15, on which a cam 17 is represented. Figure 1 shows that the camshaft adjuster can be connected both by a connecting screw 25 and by a non-positive engagement between the shaft 15 and the sprocket wheel 23. The cover 21 of a camshaft adjuster 1 is held together by fastening means such as clamping screws 27. The housing 19 and the cover 21 close off hollow spaces which are represented as hydraulic chambers 11 and 13 in Figures 3 and 4. The chambers 11, 13 can be supplied with a hydraulic medium through oil ducts 31. The clamping screws 27 pass through screw guides 29 which are provided in the stator 3 of the camshaft adjuster 1. The screw guides 29 of the stator 3 may advantageously lie in webs 5. The rotor 7, which may have one or more blade(s) 9, is located in the stator 3. According to Figure 3 and Figure 4, an arresting unit 50 with a bar 56 may lie in a blade 9. In the locked position the bar 56 enters the receiving opening 58, which may be provided in the housing 19. The locked position is a first-stage position resulting from a biasing means 54 pressing onto the bar 56, supported against the plate 52, and thus pushing a part of the bar 60 into the receiving opening 58 with a biasing force.
Figures 5, 6 and 7, which represent a bar 100 and a receiving opening 116 under a cover 21, are to be referred to for an easier understanding of an appropriate embodiment. The bar 100 has a hollow-drilled shape through which a central opening 134 is formed. The helical spring 136 lies in the central opening 134. The arresting unit 148 is composed of many components, including the bar 100, the helical spring 136, the plate 52 and the receiving opening 116. The actual bar 100 can be divided into a plurality of portions and regions, a first portion 104, a second portion 110, one end 128 of the bar, a collar 130 and a tip 140. The tip 140 is circular such that a space of the wedging portion 142 at one end of the bar is formed as a hollow space. The receiving opening 116 has a particular contour which forms a mandrel 118 having a circular portion 120 and a straight portion 124. The circular portion 120 may be shaped as a frustoconical partial contour 122. The straight portion 124 of the mandrel 118 of the receiving opening 116, together with a part of the second portion 110 of the bar 100, forms an oil duct which opens into the underflow duct 132 communicating with a hydraulic chamber 11 or 13. A positive engagement is formed by means of the frustoconical partial contour 122 together with the second portion 110 of the bar 100 when the arresting unit 148 is in the locked state. The first portion 104 of the bar has a first diameter 106, which lets the bar 100 enter the receiving opening 116 with the diameter 114. The bar can be cut at the plane F which is set back, the mandrel depth, for example, which can be determined as the plane 126 of the bar. If the first diameter 106 and the second diameter 112 of the second portion 110 of the bar 100 are compared with one another in this plane 126, the first diameter 106 is larger than the second diameter 112. The part 102 of the bar which lies in the receiving opening 116 performs the locking function. A collar 130 extends around the end 128 of the bar 100 and is supported at a wall of the arresting unit or at a hole wall of the blade 9. Figure 7 is a plan view onto or a partial section through the tip 140 of the bar 100. It can be seen that the wall thickness 138 of the tip 140 of the bar 100 is determined by the two diameters 106 and 112. Only a part of the inside diameter is seated on a part of the contour of the mandrel 118. A hollow space or a recess Y is formed where the bar 100 is not seated, in the free region, which space or recess may communicate with the underflow duct 132 in order to enable oil to push back the bar 100 against the helical spring 136 in the entire inside diameter X. Figure 6 shows the oil chamber which is present while the bar is seated on the mandrel. A further approach duct 144 conveys the hydraulic medium under the collar 130. It is located in the region of the end 128 of the bar 100.
Further embodiments can be seen in Figures 8 and 9 of a bar 200 and 300, respectively, according to the invention.  Similar parts and components have numbering increased by 100 and 200, respectively, when compared with the constructional variant according to Figures 5, 6 and 7. The arresting units 248, 348 differ in details which are to be seen in particular in the region of the tip 240, 340 of the bar 200, 300. The arresting units 248, 348 comprise plates 52, helical springs 236, 336 and receiving openings 216, 316. The diameters of the receiving openings 214, 314 are larger than the first diameters 206, 306 of the first portions 204, 304 of the bars 200, 300. The two bars 200, 300 have similar ends 228, 328. There are collars 230, 330, to which approach ducts 244, 344 lead, in the vicinity of the ends 228, 328.
The bar 200 according to Figure 8 has a part 202 in which the first portion 204 of the bar 200 with its first diameter 206 can be found. A continuation comprises the second portion 210 of the bar 200, which has a second diameter 212. The diameter 214 of the receiving opening 216 is larger than the first diameter 206 of the first portion 204 of the bar 200. The receiving opening 216 passes into the arresting opening 218. In the represented example both openings, the receiving opening 216 and the arresting opening 218, are disposed coaxially one behind the other along the axis G. It is also conceivable, although this is not represented, for the arresting opening 218 to be disposed eccentrically relative to the receiving opening 216. A circular portion 220 at the tip 240 of the bar 200 is disposed such that it fits into the frustoconical partial contour 220 of the arresting opening 218 such that locking between the tip 240 of the bar 200 and the surface of the arresting opening 218 can be achieved by means of a non-positive engagement. An underflow duct 232 is provided in order to release the non-positive engagement. The underflow duct 232 is supplied with pressurised hydraulic medium. The hydraulic medium passes under the bar 200 and can release it from its press fit against the helical spring 236, which lies in the central opening 234 of the bar 200. The action is augmented by the flow under the collar 230 via the approach duct 244. This enables virtually the entire cross-sectional area of the bar 200 to be used hydraulically.
The tip 340 of the bar 300 according to Figure 9 differs in part from the tip 240 of the bar 200. One end of the helical spring 336 lies in the central opening 334, the other end of which spring lies against the plate 52. The underflow duct 332 consists of two cross-drilled longitudinal holes which pass into one another and hydraulically connect one hydraulic chamber to the tip of the mandrel 318 in order to enable the bar 300 to be hydraulically pushed into the unlocked position with the underflow via the approach duct 344 under the collar 330. The part 302 of the bar 300 also comprises a first portion 304 with a first diameter 306 and a second portion 310 with a second diameter 312. The diameter 314 of the receiving opening 316 is formed such that the entire part 302 of the bar 300 can be accommodated therein. The mandrel 318, which likewise has a circular portion 320 and a frustoconical partial contour 322, has a mandrel depth which is greater than the mandrel depth F of the embodiment according to Figures 5, 6 and 7. The two diameters 306, 312 lie in the same plane 326 of the bar 300. However the plane 326 lies as a whole higher than the plane 126 of the bar 100. Looking into the space 342 of the wedging portion of the bar 300, the tip 340 of the bar 300 is comparable with a pot or a cup, in which pot the mandrel 318 engages. The wall thickness 338 of the bar 300 is defined by means of the differences in the two diameters 306 and 312. The wall thickness 338 may be very small, as long as the first diameter 306 of the bar 300 is dimensioned such that the first portion 304 of the bar 300 securely catches and can transmit the occurring load moment during the locking process. The wall thickness 238 of the bar 200 of Figure 8 is similarly dimensioned. However in this case the wall thickness 238 also predetermines the underflow face via the underflow duct 232.
Although only three embodiments have been discussed in detail, it is self-evident that, according to one aspect of the invention, these also include bars of a camshaft adjuster in the case of which the presence of two different diameters enables a power transmission change from a static component to a rotating component of the camshaft adjuster to take place during the arresting and wedging process. The simultaneous presence of both diameters in one plane is of advantage. If optimum utilisation of the construction space is not important, the diameters for catching and for wedging may be disposed in different planes along one longitudinal axis. 
List of reference characters:
Reference character           Designation
────────────────────────────────────────
1                       camshaft adjuster
3                       stator
5                       webs
7                       rotor 
9                       blade(s)
11                      hydraulic chamber
13                      hydraulic chamber
15                      shaft
17                      cams
19                      housing
21                      cover
23                      sprocket wheel
25                      connecting screw
27                      clamping screw
29                      screw guide
31                      oil duct
50                      arresting unit
52                      plate
54                      biasing means
56                      bar
58                      receiving opening
60                      part of the bar
100                     bar
102                     part of the bar
104                     first portion of the bar
106                     first diameter
110                     second portion of the bar
112                     second diameter
114                     diameter of the receiving opening
116                     receiving opening
118                     mandrel
120                     circular portion
122                     frustoconical partial contour
124                     straight portion
126                     plane of the bar
128                     end of the bar
130                     collar
132                     underflow duct
134                     central opening
136                     helical spring
138                     wall thickness
140                     tip
142                     space of the wedging portion
144                     approach duct
148                     arresting unit
200                     bar
202                     part of the bar
204                     first portion of the bar
206                     first diameter
210                     second portion of the bar
212                     second diameter
214                     diameter of the receiving opening
216                     receiving opening
218                     arresting opening
220                     circular portion
222                     frustoconical partial contour
228                     end of the bar
230                     collar
232                     underflow duct
234                     central opening
236                     helical spring
238                     wall thickness
240                     tip
244                     approach duct
248                     arresting unit
300                     bar
302                     part of the bar
304                     first portion of the bar
306                     first diameter
310                     second portion of the bar
312                     second diameter
314                     diameter of the receiving opening
316                     receiving opening
318                     mandrel
320                     circular portion
322                     frustoconical partial contour
326                     plane of the bar
328                     end of the bar
330                     collar
332                     underflow duct
334                     central opening
336                     helical spring
338                     wall thickness
340                     tip
342                     space of the wedging portion
344                     approach duct
348                     arresting unit
F                       mandrel depth
G                       longitudinal axis
X                       inside diameter
Y                       recess
Claims:
1.    A camshaft adjuster according to the swivel motor principle,
comprising a rotor and a stator, wherein the stator forms by means of webs together with a blade of the rotor at least two hydraulic chambers acting in opposition,
with an arresting unit comprising a plate, in particular a spring plate, a biasing means, a bar and a receiving opening corresponding to the bar for a part of the bar,
for arresting the rotor in a position relative to the stator,
wherein
the bar consists of a first portion, the advance power transmission portion, which has a first diameter, and a second portion, the wedging portion, which has a second diameter, wherein the first diameter is larger than the second diameter,
the two portions are disposed at the bar such that they are located in the receiving opening in the arrested state,
the receiving opening has a larger diameter than the advance power transmission unit, and
a change of power transmission between the advance power transmission portion and the wedging portion takes place during the arresting process.
2.    A camshaft adjuster as claimed in claim 1, also wherein 
the wedging portion is a mandrel which preferably engages in the longitudinal axis of the bar.
3.    A camshaft adjuster as claimed in claim 2, also wherein 
the mandrel comprises at least one circular portion, which has a frustoconical partial contour, and preferably at least one straight portion.
4.    A camshaft adjuster as claimed in claim 1, also wherein 
the first diameter and the second diameter lie in the same plane of the bar.
5.    A camshaft adjuster as claimed in claim 1, also wherein 
the wedging portion has a contour which, synallagmatically in surface contact with the corresponding receiving opening, produces a wedging effect, in particular by means of frustoconical portion contours.
6.    A camshaft adjuster as claimed in claim 1, also wherein 
the first diameter is a diameter of a cylindrical rod and the second diameter is a frustoconical diameter.
7.    A camshaft adjuster as claimed in claim 1, also wherein 
the bar comprises at one end, in particular the end which is remote from the receiving opening, a circumferential collar under which hydraulic medium can flow, and
the bar comprises a central opening in which the biasing means, in particular a helical spring, engages, so that the bar has in particular the shape of a cover cap, wherein another side of the biasing means is preferably supported at the plate.
8.    A camshaft adjuster as claimed in claim 1, also wherein 
a hydraulic medium can flow under the bar through ducting on the side which is near the receiving opening.
9.    A camshaft adjuster as claimed in claim 1, also wherein 
a tip of the bar is a circular ring, the wall thickness of which increases continuously in the direction away from the receiving opening.
10.   A camshaft adjuster as claimed in claim 2, also wherein 
the mandrel is of a smaller height than the space which is formed by the wedging portion.
Abstract
Camshaft adjusters according to the swivel motor principle may be provided with a bar which arrests the rotor in a position relative to the stator. A bar according to the invention is provided with two portions, between which a change of power transmission takes place during the arresting process.
Representative Drawing
Figure 5
2006214435.tif 000012
2006214435.tif 000013
2006214435.tif 000014
2006214435.tif 000015
2006214435.tif 000016
2006214435.tif 000017
2006214435.tif 000018
2006214435.tif 000019
2006214435.tif 000020