DE10080489B4 - Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle - Google Patents
Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, ausgebildet als ein Drehflügelversteller, mit einem Stator, der von der Kurbelwelle vorzugsweise über ein Zugmittel und über ein Antriebsrad angetrieben ist und mit einem Flügelrotor, der in drehfester Verbindung mit der Nockenwelle steht und der Mittel zu einer lösbaren Drehfixierung desselben, vorzugsweise einen axial verschiebbaren Fixierstift aufweist.
- Hintergrund der Erfindung
- Eine derartige Vorrichtung ist aus der gattungsbildenden
DE 196 23 818 A1 vorbekannt. In dieser Schrift ist der Stator mit einer Frontplatte und einem Kettenkranz verschraubt, die zusammen ein Gehäuse mit Hydraulikkammern bilden. In diesen ist ein Flügelrotor mit Flügeln schwenkbar angeordnet, der die Hydraulikkammern unterteilt. Die einzelnen Kammern sind über Hydraulikleitungen mit Drucköl beaufschlagbar, wodurch der Flügelrotor innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs schwenkbar oder in einer beliebigen Zwischenstellung festlegbar ist. Sinkt der Öldruck unter einen gewissen Mindestwert (bei Motorstillstand, Motorstart oder niedriger Motordrehzahl) wird ein Verriegelungsteil, das in einem der Flügel des Flügelrotors axial verschiebbar gelagert ist, durch Federkraft in eine Öffnung der Frontplatte geschoben. Dadurch werden Flügelrotor und Stator drehfest gekuppelt und somit wird die Nockenwelle direkt von dem Kettenkranz angetrieben. Auf diese Weise werden Klappergeräusche bei niedriger Motordrehzahl vermieden und die für den Motorstart optimale Verstellung der Einlaßnockenwelle sichergestellt. Bei steigender Motordrehzahl und damit steigendem Öldruck wird die Verriegelung des Flügelrotors aufgehoben, so daß die Drehwinkelverstellung wieder wirksam wird. - Nachteilig an dieser Vorrichtung ist deren fehlende Öldichtheit. Deshalb eignet sie sich nur für öldicht gekapselte Antriebe mit Kette oder Zahnrad. Für den aus Kosten- und Geräuschgründen interessanten Zahnriemenantrieb, der einen ölfreien Betrieb erfordert, kommt obige Vorrichtung nicht in Frage.
- Die
DE 39 22 962 A1 zeigt eine hydraulische Verstelleinrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, welche zwischen einer Nockenwelle2 und ihrem Antriebsrad5 angeordnet ist. Zu diesem Zwecke ist im Antriebsrad5 ein Hohlraum vorgesehen, der durch Zwischenwände14 in Teilräume15 unterteilt ist, in denen mit der Nockenwelle2 fest verbundene Flügel16 angeordnet sind. Die Flügel16 werden durch Federn21 in eine erste Endstellung gedrückt. Durch Zuführung von Drucköl in die Druckkammern20 zwischen den Flügeln16 und den Zwischenwänden14 werden die Flügel16 in die andere Endstellung gedrückt und die Nockenwelle2 im Uhrzeigersinn gegenüber dem Antriebsrad5 verdreht. - Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle zu schaffen, die auch für einen Antrieb durch Zahnriemen geeignet und kostengünstig zu fertigen ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß alle Bauteile des Drehflügelverstellers, die Druckölkontakt haben, in einem öldichten Gehäuse angeordnet sind. Dazu gehören zumindest der Stator und der Flügelrotor mit den Mitteln einer lösbaren Drehfixierung. Durch die öldichte Ausführung des Drehflügelverstellers kann dieser mittels Zahnriemen angetrieben werden.
- Das öldichte Gehäuse kann z. B. als Drehteil oder durch Genau- bzw. Spritzguß, durch Sinterpressen oder Schmieden hergestellt werden. Besonders kostengünstig ist seine Ausbildung als Tiefziehteil aus Stahlblech. Hierdurch kann ein kostengünstiges Ausgangsmaterial mit geringem Bearbeitungsaufwand in eine Endform gebracht werden, die nur wenig zerspanende Nacharbeit erfordert. Dadurch, daß das öldichte Gehäuse ein nockenwellennahes Gehäuseteil und ein nockenwellenfernes Gehäuseteil mit in etwa gleicher Tiefziehtiefe aufweist, ist eine wirtschaftliche Fertigung des Gehäuses gewährleistet.
- Von Vorteil ist, daß die Gehäuseteile einen ebenen Boden aufweisen, an dessen Umfang sich ein zylindrischer Abschnitt und an diesen sich ein nach außen gerichteter Flansch anschließt. Durch Abdichten der einzigen Flanschverbindung wird das Gehäuse öldicht. Es ist auch denkbar, den ebenen Boden direkt in den radialen Flansch auslaufen zu lassen. Weiterhin ist vorstellbar, an diesem Flansch einen äußeren zylindrischen Abschnitt anzuschließen, in dessen äußerem Umfang das Profil des Zahnriemenrads eingewalzt wird. Dadurch könnte ein getrenntes Zahnriemenrad nebst seiner Befestigung entfallen.
- Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, daß die Flansche und das Antriebsrad durch über den Umfang des Drehflügelverstellers gleichmäßig verteilte Flanschschrauben verbunden und daß die Flanschschrauben als Paßschrauben ausgebildet sind, die in Gewindebohrungen des Antriebsrades eingeschraubt sind. Da die Flanschschrauben außerhalb des Druckölbereichs liegen, können sie keine Leckölprobleme verursachen. Die Ausbildung der Flanschschrauben als Paßschrauben bietet unabhängig von der Höhe der Flächenpressung zwischen den Flanschen eine zuverlässige Übertragung des Nockenwellenmoments.
- Vorteilhaft ist auch, daß zwischen zumindest einem der ebenen Böden und dem Stator eine ebene, sortierte Seitenplatte vorgesehen ist, deren Durchmesser mit Spiel dem Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts entspricht. Die in unterschiedlichen Stärken vorliegenden Seitenplatten gestatten den Ausgleich von Fertigungstoleranzen der tiefgezogenen Gehäuseteile und deren Verformung beim Anziehen der Flanschschrauben. Dadurch kann das axiale Spiel zwischen den Flanschen, das zur Erzeugung der für die Übertragung des Nockenwellenmoments erforderlichen Verspannung der Innenbauteile des Drehflügelverstellers benötigt wird, eingestellt werden. Das für den Freigang und die Abdichtung des Flügelrotors erforderliche Radial- und Axialspiel desselben wird durch entsprechende Bearbeitung von Flügelrotor und Stator sichergestellt.
- Die Übertragung des Nockenwellenmoments wird dadurch erreicht, daß das Antriebsrad, die Flansche, die Gehäuseteile, die Seitenplatten und der Zahnkranz mit Hilfe der Flanschschrauben drehfest verspannbar sind. Dabei ist es von Vorteil, daß sich die Vorspannkraft der Flanschschrauben vor allem im Umfangsbereich der Reibpartner und damit am größten Reibradius auswirkt. Die auftretenden Reibkräfte werden dadurch erhöht, daß die verspannten Flächen, insbesondere die Seitenflächen des Stators, eine Profilierung aufweisen. Dadurch wird der Reibschluß durch zusätzlichen Formschluß unterstützt.
- Es hat Vorteile, daß die Seitenplatte, die auf derjenigen Seite des Flügelrotors angeordnet ist, aus der der Fixierstift austritt, eine Arretierbohrung zum Einrasten desselben aufweist. Die Seitenplatte ist durch die Arretierbohrung zugleich Verriegelungsscheibe. Die Arretierbohrung ist als Durchgangsbohrung einfach zu fertigen. Der ebene Boden dient als Anschlag für den Fixierstift.
- Dadurch, daß ein Runddichtring in einer Nut angeordnet ist, der sich durch den fertigungsbedingten Übergangsradius zwischen den Innenflächen der zylindrischen Abschnitte und den Flanschen bildet, wird eine ohnedies vorhandene Nut zum Abdichten der Flansche ausgenutzt.
- Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß der erfindungsgemäße Drehflügelversteller aufgrund der öldichten Kapselung aller Drucköl beaufschlagten Teile die Verwendung eines kostengünstigen und geräuscharmen Zahnriemenantriebs der Nockenwelle gestattet. Die Verwendung von tiefgezogenen Bauteilen für das öldichte Gehäuse bietet zusätzliche Kostenvorteile.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen sowie aus den Zeichnungen selbst, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.
- Figurenliste
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
-
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Drehflügelversteller, -
2 einen Schnitt A-A durch den Drehflügelversteller nach1 . - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Die
1 und2 zeigen einen Drehflügelversteller1 , der zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dient. Mit Hilfe der Nockenwelle werden die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine betätigt. Das Optimum von deren Steuerzeiten ändert sich mit der Motordrehzahl. Es verschiebt sich bei dem Einlaßventilen mit steigender Motordrehzahl nach spät, bei den Auslaßventilen nach früh. Bei Motoren mit getrennten Nockenwellen für die Ein- und Auslaßventile besteht die Möglichkeit, durch entsprechendes Verdrehen der Nockenwellen die gewünschte drehzahlabhängige Anpassung der Steuerzeiten auf einfache Weise zu verwirklichen. Diesem Zwecke dient der erfindungsgemäße Drehflügelversteller1 . Er besitzt ein Gehäuse2 zur öldichten Kapselung sämtlicher Bauteile, die Druckölkontakt haben. Das Gehäuse2 besteht aus einem nockenwellennahen Gehäuseteil3 und einem nockenwellenfernen Gehäuseteil4 . Beide Gehäuseteile3 ,4 weisen einen ebenen Boden5 ,6 auf, an dessen Umfang sich ein zylindrischer Abschnitt7 ,8 und an diesen ein nach außen gerichteter Flansch9 ,10 anschließen. Die Flansche9 ,10 sind mit einem Antriebsrad11 durch acht gleichmäßig verteilte Flanschschrauben37 verbunden. Diese sind als Paßschrauben ausgebildet und in Gewindebohrungen des Antriebsrads11 eingeschraubt. Das Antriebsrad11 ist als Zahnriemenrad ausgebildet. Im Gehäuse2 ist ein Zahnkranz12 mit geringem Radialspiel zu den zylindrischen Abschnitten7 ,8 eingesetzt. Zwischen dem Zahnkranz12 und dem ebenen Boden5 ,6 sind Seitenplatten13 ,14 vorgesehen, deren Durchmesser mit Spiel dem Innendurchmesser der zylindrischen Abschnitte7 ,8 entspricht. - Das Antriebsmoment der Nockenwelle wird durch Reibschluß von dem Zahnkranz
12 des Antriebsrads11 über die Flansche9 , 10auf die Gehäuseteile3 ,4 und die Seitenplatten13 ,14 übertragen. Die Druckverspannung der Reibpartner wird durch die Schraubenkraft der acht Flanschschrauben37 erzielt. Da die Schraubenkraft auf die Flansche9 ,10 und parallel dazu auf die ebenen Böden5 ,6 wirken soll, ist eine genaue Abstimmung des Spiels zwischen den Flanschen9 ,10 erforderlich. Ist dieses Spiel vor dem Anziehen der Flanschschrauben37 gleich Null, geht die Schraubenkraft zu 100 % in die Flansche9 ,10 , während die ebenen Böden5 ,6 kraftlos bleiben. Wird das Spiel zwischen den Flanschen9 ,10 vor dem Anziehen der Flanschschrauben37 so groß gewählt, daß es nach deren Anziehen genau Null beträgt, d. h., daß sich die Flansche9 ,10 gerade berühren, dann geht die gesamte Schraubenkraft in die ebenen Böden5 ,6 , während zwischen den Flanschen9 ,10 keinerlei Reibschluß besteht. Bei geringerem Spiel zwischen den Flanschen9 ,10 vor dem Anziehen der Flanschschrauben37 liegt die Verteilung der Schraubenkraft zwischen diesen Extremen. Durch Ausbilden der acht Flanschschrauben37 als Paßschrauben kann das von dem Flansch9 auf den anderen Flansch10 zu übertragende halbe Nockenwellenmoment auch gänzlich durch Scherkraft übertragen werden, so daß die gesamte Schraubenkraft den inneren Reibverband zwischen den Böden5 ,6 , den Seitenplatten13 ,14 und dem Zahnkranz12 zur Verfügung steht. - Der Zahnkranz
12 besitzt an seinem Umfang vier gleichmäßig verteilte Zwischenwände15 , die von einem Außenring16 zu einem Nabenring17 eines Flügelrotors18 reichen. Die vier Zwischenwände15 schließen vier Zwischenräume19 ein, die durch je einen Flügel20 des Flügelrotors18 in zwei Hydraulikkammern21 unterteilt sind. Die Zwischenwände15 und die Flügel20 sind konisch gestaltet, wobei deren nicht parallele Begrenzungsflächen22 ,23 auf die Achse des Drehflügelverstellers1 gerichtet sind. - Der Flügelrotor
18 ist gegenüber dem Zahnkranz12 am Nabenring17 und am Außenring16 durch Spaltdichtungen abgedichtet. Auf gleiche Weise sind die parallelen Begrenzungsflächen24 ,25 des Flügelrotors18 gegenüber den Seitenplatten13 ,14 abgedichtet. Der Flügelrotor18 ist im Einbauzustand des Drehflügelverstellers1 mit einer Verbindungshülse26 verspannt, die in einem zylindrischen Ansatz27 des nockenwellennahen Gehäuseteils3 gelagert ist. Ein zur Verbindungshülse26 konzentrisch angeordnetes Ölführungsrohr28 dient der Führung des Druckölstroms. Der zylindrische Ansatz27 und damit der Drehflügelversteller1 insgesamt sind durch einen auf dem Außenumfang des Ansatzes27 wirksamen motorseitigen Dichtring38 gegen Ölaustritt gesichert. - Eine Gewindeöffnung
29 dient der Montage einer nicht dargestellten zentralen Befestigungsschraube, mit der der Drehflügelversteller1 an die Nockenwelle angeschraubt wird. Die Gewindeöffnung29 wird durch einen Verschlußstopfen30 mit Runddichtring31 drucköldicht verschlossen. Ein anderer Runddichtring32 dient zur Druckölabdichtung der Flansche9 ,10 . Er ist in einer Nut angeordnet, die sich durch den fertigungsbedingten Übergangsradius zwischen den Innenflächen der zylindrischen Abschnitte7 ,8 und den Flanschen9 ,10 bildet. - In einem der Flügel
20 ist ein axial verschiebbarer Fixierstift33 angeordnet, dessen abgestufte Stirnseite von Drucköl beaufschlagbar ist. So lange Öldruck vorhanden ist, liegt der Fixierstift33 an einem Anschlag34 im Flügel20 an und ermöglicht so das Schwenken des Flügelrotors18 . Sinkt der Öldruck unter eine gewisse Höhe (z. B. beim Motorstillstand, Motorstart oder niedriger Motordrehzahl) wird der Fixierstift33 durch eine Druckfeder35 , die sich auf den Grund einer Sackbohrung im Flügel20 abstützt, in eine Arretierbohrung36 der Seitenplatte14 geschoben. Dadurch sind Flügelrotor18 und Zahnkranz12 fest miteinander gekoppelt, wodurch Klappergeräusche, insbesondere beim Start, vermieden werden. Die Arretierung des Flügelrotors18 erfolgt in der für den Start optimalen Position. Die Arretierbohrung36 ist als Durchgangsbohrung ausgeführt. Der arretierte Fixierstift33 liegt an dem nockenwellenfernen Gehäuseteil4 an und verursacht so keinerlei Ölleckagen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drehflügelversteller
- 2
- Gehäuse
- 3
- nockenwellennahes Gehäuseteil
- 4
- nockenwellenfernes Gehäuseteil
- 5
- ebener Boden
- 6
- ebener Boden
- 7
- zylindrischer Abschnitt
- 8
- zylindrischer Abschnitt
- 9
- Flansch
- 10
- Flansch
- 11
- Antriebsrad
- 12
- Zahnkranz
- 13
- Seitenplatte
- 14
- Seitenplatte
- 15
- Zwischenwand
- 16
- Außenring
- 17
- Nabenring
- 18
- Flügelrotor
- 19a
- Druckkammer
- 19b
- Druckkammer
- 20
- Flügel
- 21
- Arbeitsräume
- 22
- nicht parallele Begrenzungsfläche
- 23
- nicht parallele Begrenzungsfläche
- 24
- parallele Begrenzungsfläche
- 25
- parallele Begrenzungsfläche
- 26
- Verbindungshülse
- 27
- zylindrischer Ansatz
- 28
- Ölführungsrohr
- 29
- Gewindeöffnung
- 30
- Verschlussstopfen
- 31
- Runddichtring
- 32
- anderer Runddichtring
- 33
- Fixierstift
- 34
- Anschlag
- 35
- Druckfeder
- 36
- Arretierbohrung
- 37
- Flanschschrauben
- 38
- Dichtring
Claims (6)
- Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Drehflügelversteller, mit folgenden Merkmalen: der Drehflügelversteller (1) besteht aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel und über einen Zahnkranz (12) in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (11), in welchem durch einen hohlzylindrischen Außenring (16) mit mehreren radialen Zwischenwänden (15) und zwei an diesem anliegende Seitenplatten (13, 14) mehrere hydraulische Arbeitsräume (21) gebildet werden, der Drehflügelversteller (1) besteht desweiteren aus einem drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrotor (18) mit mehreren radial an einem Nabenring (17) angeordneten Flügeln (20), die sich in die Arbeitsräume (21) des Antriebsrades (11) erstrecken und diese in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern (19a, 19b) unterteilen, in einem der Flügel (20) des Flügelrotors (18) ist ein axial verschiebbarer Fixierstift (33) mit einer Druckfeder (35) gelagert, der bei Unterschreitung eines bestimmten Druckmitteldrucks in eine Arretierbohrung (36) in einer der Seitenplatten (13, 14) des Antriebsrades (11) verschiebbar ist und damit den Flügelrotor (18) mit dem Antriebsrad (11) mechanisch koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Außenring (16) mit den radialen Zwischenwänden (15) und die an diesem anliegenden Seitenplatten (13, 14) des Antriebsrades (11) des Drehflügelverstellers (1) durch ein zusätzliches Gehäuse (2) druckmitteldicht umschlossen sind, wobei das Gehäuse (2) aus einem nockenwellennahen Gehäuseteil (3) und einem nockenwellenfernen Gehäuseteil (4) besteht, die jeweils als Stahlblech-Tiefziehteile ausgebildet und durch eine Flanschverbindung miteinander verbunden sind, an der zugleich der Zahnkranz (12) des Antriebsrades (11) befestigt ist und durch welche die Seitenplatten (13, 14), von denen zumindest eine zugleich als ebene sortierte Axialtoleranz-Ausgleichsscheibe ausgebildet ist, kraftschlüssig mit dem Außenring (16) verspannbar sind.
- Vorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (3, 4) jeweils einen ebenen Boden (5, 6) aufweisen, an dessen Umfang sich jeweils ein zylindrischer Abschnitt (7, 8) und an diesen ein nach außen gerichteter Flansch (9, 10) anschließt, wobei die dem Höhenunterschied zwischen dem Boden (5, 6) und dem Flansch (9, 10) entsprechende Tiefziehtiefe beider Gehäuseteile (3, 4) annähernd gleich ist. - Vorrichtung nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbindung zwischen den Flanschen (9, 10) der Gehäuseteile (3, 4) und dem Zahnkranz (12) des Antriebsrades (11) durch über den Umfang des Drehflügelverstellers (1) gleichmäßig verteilte und als Passschrauben ausgebildete Flanschschrauben (37) erfolgt, die in Gewindebohrungen des Antriebsrades (11) einschraubbar sind. - Vorrichtung nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der verspannten Teile des Drehflügelverstellers (1) eine geringfügige Profilierung zur Reibschlußvergrößerung aufweisen. - Vorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenplatte (14), die auf derjenigen Seite des Flügelrotors (18) angeordnet ist, aus der der Fixierstift (33) austritt, die Arretierbohrung (36) zum Einrasten desselben aufweist und die Arretierbohrung (36) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist. - Vorrichtung nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Drehflügelverstellers (1) ein Runddichtring (32) in einer Nut im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist, die sich durch den fertigungsbedingten Übergangsradius zwischen den Innenflächen der zylindrischen Abschnitte (7, 8) und den Flanschen (9, 10) der Gehäuseteile (3, 4) bildet.
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