DE102008032949B4

DE102008032949B4 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008032949B4
Application number: DE102008032949.5A
Authority: DE
Inventors: Ahmet Deneri
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-12
Filing date: 2008-07-12
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2028-07-13
Also published as: US20120103288A1; WO2010006855A1; CN102089502A; DE102008032949A1; US8561582B2

Abstract

Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit- einem Antriebselement (12), einem Abtriebselement (14) und einer Nockenwelle (6, 7),- wobei das Antriebselement (12) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) bringbar ist,- wobei das Abtriebselement (14) drehfest mit der Nockenwelle (6, 7) verbunden ist und schwenkbar zu dem Antriebselement (12) angeordnet ist,- wobei eine axiale Seitenfläche (36) der Nockenwelle (6, 7) an einer axialen Seitenfläche (37) des Abtriebselements (14) anliegt,- wobei an einer der aneinanderliegenden axialen Seitenflächen (36, 37) ein Formschlusselement (28) zur lagegenauen Montage des Abtriebselements (14) an der Nockenwelle (6, 7) bezüglich deren Umfangsrichtung vorgesehen ist, das in ein Gegenformschlusselement (29) des anderen Bauteils (14, 6, 7) eingreift, wobei- das Formschlusselement (28) und das Gegenformschlusselement (29) einteilig mit dem korrespondierenden Bauteil (14, 6, 7) ausgebildet sind, wobei- das Formschlusselement (28) als axialer Vorsprung an der axialen Seitenfläche (37) des Abtriebselements (14) ausgebildet ist, wobei- dieser Vorsprung als radial nach innen gerichtete Ausbuchtung eines zur Aufnahme der Nockenwelle (6, 7) ausgebildeten Zentrierbundes (25) des Abtriebselements (14) ausgeführt ist, wobei- der Zentrierbund (25) durch eine Vertiefung (27) des Abtriebselements (14) um dessen Drehachse ausgebildet ist und- der Zentrierbund (25) entlang einer Umfangsrichtung des Abtriebselements (14) verläuft und mit seinem Durchmesser an einem Außendurchmesser des Endbereichs der Nockenwelle (6, 7) angepasst ist, wodurch- eine radiale Zentrierung vor Beginn des Befestigungsvorgangs stattfinden kann, wobei- das Abtriebselement (14) mittels einer Zentralschraube (22) mit der Nockenwelle (6, 7) verbunden ist und die Zentralschraube (22) eine zentrale Bohrung (22a) des Abtriebselements (14) durchgreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und einer Nockenwelle, wobei das Antriebselement in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bringbar ist, wobei das Abtriebselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist und schwenkbar zu dem Antriebselement angeordnet ist, wobei eine axiale Seitenfläche der Nockenwelle an einer axialen Seitenfläche des Abtriebselements anliegt, wobei an einer der aneinanderliegenden axialen Seitenflächen ein Formschlusselement zur Ausrichtung des Abtriebselements an der Nockenwelle bezüglich deren Umfangsrichtung vorgesehen ist, das in ein Gegenformschlusselement des anderen Bauteils eingreift.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 5 901 674 A bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Abtriebselement welches drehbar zu einem Antriebselement angeordnet ist, wobei das Antriebselement in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und das Abtriebselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. In axialer Richtung wird die Vorrichtung durch je einen Seitendeckel begrenzt. Das Abtriebselement, das Antriebselement und die zwei Seitendeckel begrenzen fünf Druckräume, wobei jeder der Druckräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume in Umfangsrichtung der Vorrichtung verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung des Abtriebselements zu dem Antriebselement und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird. Innerhalb der Nockenwelle sind mehrere axiale Druckmittelleitung vorgesehen, die als Bohrungen ausgebildet sind. Über diese kann den Druckkammern Druckmittel zugeführt werden. Jede der Druckmittelleitungen, die innerhalb der Nockenwelle ausgebildet sind, mündet an der axialen Seitenfläche der Nockenwelle in eine korrespondierende Druckmittelleitung, die als Bohrungen in dem Abtriebselement ausgebildet sind und mit zumindest einer der Druckkammern kommunizieren. Dabei liegt die Öffnung der einen Druckmittelleitung in axialer Richtung direkt gegenüber der Öffnung der zweiten Druckmittelleitung.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass während der Montage des Abtriebselements an die Nockenwelle dafür gesorgt werden muss, dass die Bohrungen des Abtriebselements mit den Bohrungen der Nockenwelle fluchten. Abweichungen der Ausrichtung in Umfangsrichtung führen zu Fluchtungsfehlern, wodurch eine Drosselstelle an der Schnittstelle zwischen der Nockenwelle und dem Abtriebselement entsteht. Dies beeinträchtigt die Verstellgeschwindigkeit und die Dynamik der Phasenverstellung. Bei zu großen Abweichungen kann der Fluchtungsfehler auch zur völligen Funktionsuntüchtigkeit der Vorrichtung führen.
Üblicherweise wird die Orientierung der Bauteile zueinander durch Einpressstifte sichergestellt. Dazu ist sowohl in der Nockenwelle als auch in dem Abtriebselement eine Bohrung vorgesehen. Während der Montage des Abtriebselements an die Nockenwelle wird in die Bohrung des Abtriebselements ein Stift eingepresst, welcher anschließend ebenfalls kraftschlüssig in der Bohrung der Nockenwelle fixiert wird. Dies ist allerdings ein aufwändiges und kostenintensives, mehrstufiges Herstellungsverfahren. Zudem können auf Grund des doppelten Presssitzes des Stiftes Toleranzabweichungen der Öffnungen zueinander nicht ausgeglichen werden. Dadurch können trotz der Ausrichtung der Bauteile zueinander Drosseleffekte an der Schnittstelle zwischen Abtriebselement und Nockenwelle auftreten.
Die DE 103 20 639 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller für Fahrzeuge, vorzugsweise fuer Kraftfahrzeuge, mit einem Schwenkmotor, der einen drehfest mit einer Nockenwelle verbundenen Rotor aufweist, der relativ zu einem ihn umgebenden Stator drehbar ist, wobei die Nockenwelle mindestens einen Form- und/oder Kraftschlussteil aufweist, auf dem der Rotor mit einem Grundkörper drehfest sitzt, der einen anderen Durchmesser aufweist als ein die Nocken der Nockenwelle umschreibender Kreis.
Die DE 101 43 862 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, mit folgenden Merkmalen: die Vorrichtung ist mittels einer zentralen Befestigungsschraube am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle befestigt und im Prinzip hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Stator mit zwei axialen Seitendeckeln und aus einem drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Rotor, der Stator der Vorrichtung besteht aus einer hohlzylindrischen Umfangswand und mindestens zwei radial zur Längsmittelachse der Vorrichtung gerichteten Begrenzungswänden, zwischen denen mindestens zwei hydraulische Arbeitsräume gebildet werden, der Rotor der Vorrichtung besteht aus einer Radnabe mit mindestens zwei radialen Flügeln, die sich in die Arbeitsräume des Stators erstrecken und diese in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern unterteilen, bei wahlweiser oder gleichzeitiger Beaufschlagung der Druckkammern mit einem hydraulischen Druckmittel erfolgt eine Relativverdrehung oder Fixierung des Rotors gegenüber dem Stator und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, wobei der Stator und der eine axiale Seitendeckel der Vorrichtung als einteilige Statoreinheit sowie der Rotor und der andere axiale Seitendeckel der Vorrichtung als einteilige Rotoreinheit ausgebildet sind, welche axial und radial lediglich durch die zentrale Befestigungsschraube der Vorrichtung und durch zusätzliche Formschlusselemente am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle oder am Kopf der Befestigungsschraube zueinander und an der Nockenwelle fixiert sind.
Die DE 10 2006 036 034 A1 zeigt eine Antriebsverbindung zwischen einem Abtriebselement eines Nockenwellenverstellers und einer Nockenwelle für ein Kraftfahrzeug, wobei das Abtriebselement des Nockenwellenverstellers mit dessen Stirnseite über mindestens ein Befestigungselement mit einer Stirnseite einer Nockenwelle drehfest verbunden ist, wobei die Stirnseite des Abtriebselements und/oder die Stirnseite der Nockenwelle makroskopisch mit Unebenheiten versehen ist/sind und eine Übertragung eines Antriebsmoments zwischen dem Abtriebselement und der Nockenwelle über einen makroskopischen Formschluss erfolgt, wobei zwischen die Stirnseiten ein Verformungselement mit verringerter Plastizitätsgrenze zwischengeschaltet ist, welches mit einem Anziehen des Befestigungselements im Bereich der makroskopischen Unebenheiten der mindestens einen Stirnseite plastisch verformbar ist, wobei die Unebenheit eine durch ein Fertigungsverfahren hergestellte Kontur aufweist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die Orientierung des Abtriebselements zur Nockenwelle in Umfangsrichtung während der Montage prozesssicher erfolgt, ohne dass die Herstellungs- und Montagekosten zu erhöhen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung weist zumindest ein Antriebselement und zumindest ein Abtriebselement auf. Das Antriebselement steht im montierten Zustand der Vorrichtung über einen Zugmitteltrieb, beispielsweise einem Riemen- oder Kettentrieb, oder einem Zahnradtrieb mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung. Das Abtriebselement ist in einem definierten Winkelbereich schwenkbar relativ zu dem Antriebselement angeordnet und drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Dabei liegt eine axiale Seitenfläche der Nockenwelle an einer axialen Seitenfläche des Abtriebselements an. Die drehfeste Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Abtriebselement kann beispielsweise mittels einer Zentralschraube hergestellt sein, die das Abtriebselement durchgreift und in einen Gewindeabschnitt der Nockenwelle eingreift, so dass eine reibschlüssige Verbindung zwischen den aneinanderlegenden Seitenflächen hergestellt wird.
Um während der Montage des Abtriebselements an die Nockenwelle eine Lagegenaue Ausrichtung der Bauteile in Umfangsrichtung relativ zueinander zu ermöglichen, ist an einem der Bauteile ein Formschlusselement vorgesehen, welches bei lagegenauer Orientierung zueinander in ein Gegenformschlusselement, welches an dem anderen Bauteil ausgebildet ist, eingreift.
Dabei ist das das Formschlusselement einteilig mit dem Abtriebselement oder der Nockenwelle ausgebildet. Zusätzlich ist das das Gegenformschlusselement einteilig mit dem anderen Bauteil ausgebildet.
Das Formschlusselement ist als axialer Vorsprung an der axialen Seitenfläche des Abtriebselements ausgebildet. Das Gegenformschlusselement ist in diesem Fall als axiale Aussparung an der axialen Seitenfläche der Nockenwelle ausgebildet, wobei dessen Kontur korrespondierend zur Kontur des Formschlusselements ausgebildet ist. Dabei kann es sich beispielsweise um einen freistehenden Vorsprung handeln oder als Abweichung einer ansonsten rotationssymmetrischen Struktur ausgebildet sein. Während der Montage verhindert der axiale Vorsprung eine Fehlmontage des Abtriebselements an die Nockenwelle.
Diese einteilige Ausbildung des Formschlusselements mit dem Abtriebselement oder der Nockenwelle stellt eine kostengünstige Alternative zu den im Stand der Technik vorgesehenen, separat hergestellten und kraftschlüssig mit den Bauteilen verbundenen Stiften dar. Auf Grund der vergrößerten ersten und oder zweiten Öffnungen, kann das Formschlusselement mit größeren Toleranzen behaftet sein, ohne die Druckmittelübergabe zu behindern. Aufwändige Nachbearbeitungsschritte sind nicht nötig.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Abtriebselement einen Zentrierbund zur Aufnahme der Nockenwelle aufweist. In diesem Fall findet neben der Festlegung des Abtriebselements relativ zur Nockenwelle in axialer und in Umfangsrichtung auch eine radiale Zentrierung vor Beginn des Befestigungsvorgangs statt. Der Zentrierbund kann beispielsweise als aus der Seitenfläche des Abtriebselements hervorstehende Struktur ausgebildet sein. Denkbar sind hier beispielsweise vollständig in Umfangsrichtung umlaufende oder unterbrochene Strukturen. Ebenso kann der Zentrierbund durch Ausbilden einer Vertiefung in der axialen Seitenfläche des Abtriebselements ausgebildet sein.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Formschlusselement als axialer Vorsprung an einer der Seitenflächen ausgebildet ist.
Das Formschlusselement kann beispielsweise bei Abtriebselementen in Sinterbauart bereits im Sinterwerkzeug berücksichtigt werden, wodurch dessen Ausbildung keine Zusatzkosten verursacht.
Erfindungsgemäß ist das Formschlusselement als radiale Ausbuchtung an dem Zentrierbund ausgebildet. Denkbar sind hier beispielsweise Ausbuchtungen des Zentrierbunds radial nach innen bzw. außen. Die Ausbuchtungen erstrecken sich über ein Winkelintervall kleiner gleich 180°. Das Gegenformschlusselement ist in diesem Fall als korrespondierende Einbuchtung bzw. Ausbuchtung an der Nockenwelle auszubilden.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
3 eine Draufsicht auf das Abtriebselement aus 2,
4 eine Draufsicht auf das abtriebselementseitige Ende einer Nockenwelle.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 11 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Ebenso kann vorgesehen sein, nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 11 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, und diese mit einer Vorrichtung 11 auszustatten.
Die 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 im Längsschnitt. Die Vorrichtung 11 weist ein Antriebselement 12 und ein Abtriebselement 14 auf. Das Antriebselement 12 weist ein Gehäuse 13 und zwei Seitendeckel 15, 16 auf, die an den axialen Seitenflächen des Gehäuses 13 angeordnet sind. Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 19 des Gehäuses 13 erstrecken sich fünf Vorsprünge 20 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 20 einteilig mit der Umfangswand 19 ausgebildet. Das Antriebselement 12 ist mittels radial innen liegender Lagerflächen 20a der Vorsprünge 20 relativ zu dem Abtriebselement 14 drehbar zu diesem angeordnet.
Das in 3 dargestellte Abtriebselement 14 ist in Form eines Flügelrades ausgebildet und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 17 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 18 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 18 sind einteilig mit dem Nabenelement 17 ausgebildet.
An einer äußeren Mantelfläche des ersten Seitendeckels 15 ist ein Kettenrad 21 ausgebildet, über das mittels eines nicht dargestellten Kettentriebs Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 12 übertragen werden kann. Das Abtriebselement 14 ist mittels einer Zentralschraube 22 mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden. Dazu durchgreift die Zentralschraube 22 eine zentrale Bohrung 22a des Abtriebselements 14 und ist mit der Nockenwelle 6, 7 verschraubt.
Je einer der Seitendeckel 15, 16 ist an einer der axialen Seitenflächen des Gehäuses 13 angeordnet und drehfest an diesem befestigt. Zu diesem Zweck sind Befestigungselemente vorgesehen, die jeweils einen Vorsprung 20 und beide Seitendeckel 15, 16 durchgreifen und aneinander fixieren.
Innerhalb der Vorrichtung 11 ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 20 ein Druckraum 24 ausgebildet. Jeder der Druckräume 24 wird in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden benachbarter Vorsprünge 20, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 15, 16, radial nach innen von dem Nabenelement 17 und radial nach außen von der Umfangswand 19 begrenzt. In jeden der Druckräume 24 ragt ein Flügel 18, wobei die Flügel 18 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 15, 16, als auch an der Umfangswand 19 anliegen. Jeder Flügel 18 teilt somit den jeweiligen Druckraum 24 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 26a, 26b, deren Lage in 3 angedeutet ist.
Das Abtriebselement 14 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Antriebselement 12 angeordnet. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Abtriebselements 14 dadurch begrenzt, dass die Flügel 18 an je einer korrespondierenden Begrenzungswand (Frühanschlag) der Druckräume 24 zum Anliegen kommen. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 18 an den anderen Begrenzungswänden der Druckräume 24, die als Spätanschlag dienen, zum Anliegen kommen.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 26a, 26b und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Antriebselements 12 zum Abtriebselement 14 (und damit die Phasenlage der Nockenwelle 6, 7 zur Kurbelwelle 2) variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 26a, 26b kann die Phasenlage konstant gehalten werden.
Das Abtriebselement 14 weist einen Zentrierbund 25 auf, der an einer nockenwellenzugewandten axialen Seitenfläche 37 ausgebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform wird der Zentrierbund 25 durch eine Vertiefung 27 des Abtriebselements 14 im Bereich um dessen Drehachse ausgebildet. Der Zentrierbund 25 verläuft entlang der Umfangsrichtung des Abtriebselements 14, wobei dessen Durchmesser dem Außendurchmesser des Endbereichs der Nockenwelle 6, 7 angepasst ist. Somit ist eine Aufnahme für die Nockenwelle 6, 7 an der nockenwellenseitigen axialen Seitenfläche 37 des Abtriebselements 14 zur zentrierten Aufnahme der Nockenwelle 6, 7 in radialer Richtung ausgebildet. Ebenfalls denkbar sind beispielsweise Zentrierbünde, die aus der axialen Seitenfläche 37 hervorstehen und beispielsweise in Umfangsrichtung Unterbrechungen aufweisen.
Der Zentrierbund 25 weist ein Formschlusselement 28 auf, das mit einem an der Nockenwelle 6, 7 ausgebildeten Gegenformschlusselement 29 (4) zusammenwirkt. Dabei sind das Formschlusselement 28 und das Gegenformschlusselement 29 derart ausgebildet und angeordnet, dass die Nockenwelle 6, 7 nur in einer bestimmten Orientierung relativ zu dem Abtriebselement 14 in den Zentrierbund 25 eingeführt werden kann, nämlich dann, wenn sich das Formschlusselement 28 und das Gegenformschlusselement 29 axial direkt gegenüberstehen. Das Formschlusselement 28 ist einteilig mit dem Abtriebselement 14 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist dieses als Ausbuchtung des Zentrierbundes 25 radial nach innen und das Gegenformschlusselement 29 als Aussparung an einer äußeren Mantelfläche der Nockenwelle 6, 7 ausgeführt. Selbstverständlich kann auch eine Ausbuchtung an der äußeren Mantelfläche der Nockenwelle 6, 7 und eine korrespondierende Ausbuchtung des Zentrierbundes 25 radial nach außen vorgesehen sein. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen das Formschlusselement 28 als axiale Ausbuchtung im Bereich der Anlagefläche der Nockenwelle 6, 7 an dem Abtriebselement 14 ausgebildet ist, während das Gegenformschlusselement 29 als Vertiefung an einer abtriebselementseitigen axialen Seitenfläche 36 der Nockenwelle 6, 7 ausgebildet ist. Auch hier kann natürlich der umgekehrte Fall vorliegen.
Durch die einteilige Ausbildung des Formschlusselements 28 oder des Gegenformschlusselements 29 mit dem Abtriebselement 14 bzw. der Nockenwelle 6, 7 wird die lagegenaue Montage der Nockenwelle 6, 7 erheblich erleichtert. Es sind keine Stifte mehr nötig, die kraft- oder stoffschlüssig mit den jeweiligen Bauteilen verbunden werden müssen. Vielmehr können die axialen bzw. radialen Ausbuchtungen während des Herstellungsprozesses der Bauteile ausgeformt werden. Im Falle des Abtriebselements 14 kann beispielsweise die radiale Ausbuchtung des Zentrierbundes 25 oder eine axiale Erhebung an der Anlagefläche der Nockenwelle 6, 7 während des Sinterprozesses ohne zusätzliche Verfahrensschritte ausgebildet werden. Dazu sind diese Merkmale lediglich im Formgebungswerkzeug zu berücksichtigen, so dass keine Zusatzkosten entstehen. Somit wird die Anzahl der Bauteile der Vorrichtung 11 verringert und deren Herstellungsaufwand und Herstellungskosten gesenkt.
Innerhalb der Nockenwelle 6, 7 sind erste Druckmittelleitungen 30 ausgebildet, die im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen und an der axialen Seitenfläche 36 der Nockenwelle 6, 7 über erste Öffnungen 31 münden. Die ersten Druckmittelleitungen 30 kommunizieren über erste radiale Stichbohrungen 35 mit einem nicht dargestellten Druckmittelüberträger, der an der äußeren Mantelfläche der Nockenwelle 6, 7 angeordnet ist.
Innerhalb des Abtriebselements 14 sind zweite Druckmittelleitungen 32 ausgebildet, die jeweils einerseits in eine der ersten Druckkammern 26a münden und andererseits eine zweite Öffnung 33 aufweisen, die an der axialen Seitenfläche 37 des Abtriebselements 14 ausgebildet sind. Dabei stehen sich die ersten und zweiten Öffnungen 31, 33 in axialer Richtung gegenüber.
In einer ersten Ausführungsform, die in den 2 und 3 dargestellt ist, entspricht die Durchflussfläche (Querschnittsfläche) der ersten Öffnungen 31 der Durchflussfläche der ersten Druckmittelleitungen 30. In 3 sind mehrere Möglichkeiten der Ausbildung der zweiten Öffnungen 33 der zweiten Druckmittelleitungen 32 dargestellt. Diese können beispielsweise als Nuten 34, im vorliegenden Fall Nuten 34 in Umfangsrichtung des Abtriebselements 14, ausgebildet sein, wobei zwei benachbarte erste Druckmittelleitungen 30 und zwei benachbarte zweite Druckmittelleitungen 32 nicht mit der gleichen Nut 34 kommunizieren. Ebenso denkbar ist es die zweiten Öffnungen 33 mit einer trichterförmigen Vergrößerung 38 auszubilden, wobei die trichterförmige Vergrößerung 38 sich ausgehend von der axialen Seitenfläche 37 des Abtriebselements 14 auf die zweite Druckmittelleitung 32 zu kontinuierlich verjüngt, bis diese deren Querschnittsfläche annimmt. Ebenso denkbar sind beispielsweise elliptische oder rechteckige zweiten Öffnungen 33.
Vorteilhafterweise ist die Durchflussfläche jeder zweiten Öffnung 33 größer ausgebildet als die Durchflussfläche der ersten Druckmittelleitungen 30. Vorteilhafterweise ist die Erstreckung jeder zweiten Öffnung 33 sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung größer ausgebildet als die korrespondierende Erstreckung der korrespondierenden ersten Öffnung 31. Durch die größere Erstreckung in radialer Richtung wird sichergestellt, dass Toleranzen ausgeglichen werden. Durch die größere Erstreckung in Umfangsrichtung können Orientierungsfehler des Abtriebselements 14 zur Nockenwelle 6, 7 in Umfangsrichtung ausgeglichen werden. Dies führt dazu, dass bei dem Formschlusselement 28 größere Toleranzen toleriert werden könne und dieses somit nach dem Formgebungsprozess nicht aufwändig nachbearbeitet werden muss. Durch eine derartige Ausbildung ist sichergestellt, dass selbst bei Vorliegen hoher Toleranzen jede zweite Öffnung 33 die korrespondierende erste Öffnung 31 komplett überdeckt. Dadurch werden Drosselstellen an der Übergabestelle zwischen Nockenwelle 6, 7 und Abtriebselement 14 sicher vermieden und aufwändige Nachbearbeitungsschritte bei der Herstellung der Nockenwelle 6 ,7 und des Abtriebselements 14 überflüssig.
Zusätzlich können die ersten Öffnungen 31 ebenfalls mit einer vergrößerten Querschnittsfläche ausgebildet sein.
Ebenso denkbar ist eine Umkehrung der ersten Ausführungsform. In diesem Fall umfassen die zweiten Druckmittelleitungen 32 neben der radialen Bohrung, zusätzlich eine als Sacklochbohrung ausgebildete axiale Bohrung, die einerseits in die radiale Bohrung und andererseits als zweite Öffnung 33 an der axialen Seitenfläche 37 des Abtriebselements 14 mündet. Dabei sind die ersten Öffnungen 31 wie oben beschrieben vergrößert ausgebildet (4).
In allen Ausführungsformen sind Fehlorientierungen der Nockenwelle 6, 7 zu dem Abtriebselement 14 in Umfangsrichtung für die Funktion der Vorrichtung 11 unschädlich. Der erweiterte Bereich der jeweiligen Öffnungen 31, 33 garantiert eine ausreichende Überlappungsfläche zwischen jeder ersten und zweiten Druckmittelleitung 30, 32.
Die Nockenwelle 6, 7 weist des Weiteren zweite Stichbohrungen 42 auf, die in einen Ringraum 43 münden, der zwischen einer Nockenwellenbohrung 44 der Nockenwelle 6, 7 und der Zentralschraube 22 angeordnet ist. Der Ringraum 43 mündet in die zentrale Bohrung 22a des Abtriebselements 14 und kommuniziert über dritte Druckmittelleitungen 45 mit den zweiten Druckkammern 26b.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wird der Druckmittelstrom zu und von den Druckkammern 26a, 26b mittels eines Steuerventils 46 gesteuert. Das Steuerventil 46 weist einen Zulaufanschluss P einen Ablaufanschluss T und zwei Arbeitsanschlüsse A, B auf.
Über den Zulaufanschluss P wird dem Steuerventil 46 Druckmittel von einer Druckmittelpumpe 47 zugeführt, während der Ablaufanschluss T mit einem Druckmittelreservoir 48 verbunden ist. Der erste Arbeitsanschluss A kommuniziert mit den ersten Stichbohrungen 35, der zweite Arbeitsanschluss B mit den zweiten Stichbohrungen 42.
Das Steuerventil 46 kann drei Steuerstellungen einnehmen. In einer ersten Steuerstellung ist der Zulaufanschluss P mit dem zweiten Arbeitsanschluss B und der erste Arbeitsanschluss A mit dem Ablaufanschluss T verbunden. Somit gelangt Druckmittel von der Druckmittelpumpe 47 über die zweiten Stichbohrungen 42, den Ringraum 43 und den dritten Druckmittelleitungen 45 zu den zweiten Druckkammern 26b. Gleichzeitig wird Druckmittel von den ersten Druckkammern 26a über die zweiten Druckmittelleitungen 32, die Öffnungen 31, 33, die ersten Druckmittelleitungen 30, die ersten Stichbohrungen 35 und dem ersten Arbeitsanschluss A des Steuerventils 46 zum Druckmittelreservoir 48 abgeleitet. Somit dehnen sich die zweiten Druckkammern 26b auf Kosten der ersten Druckkammern 26a aus, wodurch das Abtriebselement 14 in der Darstellung von 3 entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zu dem Antriebselement 12 verdreht wird.
In einer zweiten Steuerstellung ist keiner der Arbeitsanschlüsse A, B mit dem Zulaufanschluss P oder dem Ablaufanschluss T verbunden. In diesem Fall wird der Druck in den Druckkammern 26a, 26b aufrechterhalten, wodurch die Phasenlage des Abtriebselements 14 relativ zum Antriebselement 12 in Umfangsrichtung konstant gehalten wird.
In einer dritten Steuerstellung ist der Zulaufanschluss P mit dem ersten Arbeitsanschluss A und der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Ablaufanschluss T verbunden. Somit gelangt Druckmittel von der Druckmittelpumpe 47 über das Steuerventil 46, die ersten Stichbohrungen 35, die ersten Druckmittelleitungen 30, die Öffnungen 31, 33 und die zweiten Druckmittelleitungen 32 zu den ersten Druckkammern 26a. Gleichzeitig wird Druckmittel von den zweiten Druckkammern 26b über die dritten Druckmittelleitungen 45, den Ringraum 43, die ersten Stichbohrungen 35 und dem zweiten Arbeitsanschluss B des Steuerventils 46 zum Druckmittelreservoir 48 abgeleitet. Somit dehnen sich die ersten Druckkammern 26a auf Kosten der zweiten Druckkammern 26b aus, wodurch das Abtriebselement 14 in der Darstellung von 3 im Uhrzeigersinn relativ zu dem Antriebselement 12 verdreht wird.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelwelle
3: Kolben
4: Zylinder
5: Zugmitteltrieb
6: Einlassnockenwelle
7: Auslassnockenwelle
8: Nocken
9: Einlassgaswechselventil
10: Auslassgaswechselventil
11: Vorrichtung
12: Antriebselement
13: Gehäuse
14: Abtriebselement
15: Seitendeckel
16: Seitendeckel
17: Nabenelement
18: Flügel
19: Umfangswand
20: Vorsprung
20a: Lagerfläche
21: Kettenrad
22: Zentralschraube
22a: zentrale Bohrung
24: Druckraum
25: Zentrierbund
26a: erste Druckkammer
26b: zweite Druckkammer
27: Vertiefung
28: Formschlusselement
29: Gegenformschlusselement
30: erste Druckmittelleitung
31: erste Öffnung
32: zweite Druckmittelleitung
33: zweite Öffnung
34: Nut
35: Erste Stichbohrung
36: Axiale Seitenfläche der Nockenwelle
37: Axiale Seitenfläche des Abtriebselements
38: trichterförmige Vergrößerung
42: Zweite Stichbohrung
43: Ringraum
44: Nockenwellenbohrung
45: Dritte Druckmittelleitung
46: Steuerventil
47: Druckmittelpumpe
48: Druckmittelreservoir
A: erster Arbeitsanschluss
B: zweiter Arbeitsanschluss
P: Zulaufanschluss
T: Ablaufanschluss

Claims

Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit - einem Antriebselement (12), einem Abtriebselement (14) und einer Nockenwelle (6, 7), - wobei das Antriebselement (12) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) bringbar ist, - wobei das Abtriebselement (14) drehfest mit der Nockenwelle (6, 7) verbunden ist und schwenkbar zu dem Antriebselement (12) angeordnet ist, - wobei eine axiale Seitenfläche (36) der Nockenwelle (6, 7) an einer axialen Seitenfläche (37) des Abtriebselements (14) anliegt, - wobei an einer der aneinanderliegenden axialen Seitenflächen (36, 37) ein Formschlusselement (28) zur lagegenauen Montage des Abtriebselements (14) an der Nockenwelle (6, 7) bezüglich deren Umfangsrichtung vorgesehen ist, das in ein Gegenformschlusselement (29) des anderen Bauteils (14, 6, 7) eingreift, wobei - das Formschlusselement (28) und das Gegenformschlusselement (29) einteilig mit dem korrespondierenden Bauteil (14, 6, 7) ausgebildet sind, wobei - das Formschlusselement (28) als axialer Vorsprung an der axialen Seitenfläche (37) des Abtriebselements (14) ausgebildet ist, wobei - dieser Vorsprung als radial nach innen gerichtete Ausbuchtung eines zur Aufnahme der Nockenwelle (6, 7) ausgebildeten Zentrierbundes (25) des Abtriebselements (14) ausgeführt ist, wobei - der Zentrierbund (25) durch eine Vertiefung (27) des Abtriebselements (14) um dessen Drehachse ausgebildet ist und - der Zentrierbund (25) entlang einer Umfangsrichtung des Abtriebselements (14) verläuft und mit seinem Durchmesser an einem Außendurchmesser des Endbereichs der Nockenwelle (6, 7) angepasst ist, wodurch - eine radiale Zentrierung vor Beginn des Befestigungsvorgangs stattfinden kann, wobei - das Abtriebselement (14) mittels einer Zentralschraube (22) mit der Nockenwelle (6, 7) verbunden ist und die Zentralschraube (22) eine zentrale Bohrung (22a) des Abtriebselements (14) durchgreift.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenformschlusselement (29) als axiale Aussparung an der Seitenfläche (36) der Nockenwelle (6, 7) ausgebildet ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (14) ein Sinterbauteil ist.