DE19619664A1

DE19619664A1 - Druckmittelabhängige Lagepositionierung des Stellkolbens einer Nockenwellenverstellung

Info

Publication number: DE19619664A1
Application number: DE1996119664
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl Ing Schaefer; Joachim Dietz
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-20
Also published as: WO1997043524A1; DE19780443D2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine gaswechselventilgesteuerte Brennkraftmaschine zur stufenlosen Drehlagenänderung einer Kurbelwelle gegenüber zumindest einer im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle, die ein Antriebsrad aufweist, das über ein Zugmittel einen Antrieb von der Kurbelwelle erfährt, und an dem einstückig ein Gehäuse befestigt ist, an dessen Innenwan dung ein hydraulisch doppelt wirkender Stellkolben dichtend geführt ist, der zwei Druckräume axial begrenzt, die wechselweise mit einem Druckmittel zufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar sind, wobei der Stellkolben mit einer hohlzylindrisch gestalteten Schiebemuffe verbunden ist, die durch eine erste Verzahnung mit dem Antriebsrad und durch eine zweite Verzahnung mit einem Abtriebselement formschlüssig verbunden ist, und der Stellkolben bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine in eine Grundstellung verlagert wird und dabei an einem Endanschlag anliegt.

Hintergrund der Erfindung

Die EP 0 335 083 B1 zeigt eine gattungsbildende Vorrichtung, mit der eine lineare Bewegung des Stellkolbens in eine Relativdrehung, d. h. eine Drehla genänderung zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle umgewandelt werden kann. Im Stillstand der Brennkraftmaschine verlagert sich ein federkraft beaufschlagter, den Druckmittelzufluß steuernder Steuerkolben in eine Position, in der ein Druckmittelabfluß weitestgehend unterbunden ist, aber dennoch über Leckspaltverluste ein Druckmittelrücklauf in das Schmierstoffreservoir der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Dadurch bedingt erfährt der Stellkolben keine hydraulische Vorspannung, der folglich durch die Wechseldrehmomente der Nockenwelle und die davon ausgelöste Drehungleichförmigkeit zu hoch frequenten Linearbewegungen angeregt wird, die ein Anschlagen des Kolbens am Endanschlag auslöst. Das Anschlagen des Stellkolbens bewirkt eine starke Geräuschemission, die für heutige Brennkraftmaschinen keine Akzeptanz findet.

Aufgabe der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Bauart so weiterzuentwickeln, daß diese unter Beachtung eines kostengünstigen Auf baus auch beim Start der Brennkraftmaschine eine Geräuschentwicklung unter bindet sowie sich positiv auf das Startverhalten der Brennkraftmaschine aus wirkt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demnach mit einem drehfixierten Ver riegelungskolben versehen, der in der Grundstellung der Vorrichtung durch fixiert am Gehäuse anliegt und dabei einen weiteren Druckraum begrenzt. Der zwischen dem Stellkolben und dem Gehäuse angeordnete federkraftbeauf schlagte Verriegelungskolben steht dabei formschlüssig mit der Zahnbuchse in Eingriff und verfügt in der Grundstellung über eine Drehfixierung am Gehäuse. Die Anordnung des Verriegelungskolbens sieht weiterhin vor, daß dieser druck abhängig axial verschiebbar zur Zahnbuchse angeordnet ist.

Diese Anordnung bewirkt, daß in der Startphase eine Drehmoment-Übertragung vom Antriebsrad über den Verriegelungskolben auf die Nockenwelle erfolgt und die Schiebemuffe dabei nicht beaufschlagt ist. Aufgrund der starren Anordnung des Verriegelungskolbens, d. h. der Drehfixierung am Gehäuse, verursacht der nicht ausreichend hydraulisch vorgespannte Stellkolben keine Geräuschemis sion. Der Verriegelungskolben bedingt, daß eine stufenlose Nockenwellenver stellung erst erfolgt, wenn ein ausreichender, den Verriegelungskolben axial verschiebender Druck des Druckmittels aufgebaut ist, durch den der Verstell kolben die erforderliche hydraulische Vorspannung erfährt, und damit keinen Freiheitsgrad besitzt, der zu einer nachteiligen Geräuschentwicklung führen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, eingesetzt in Brennkraftmaschinen mit separaten Einlaß- und Auslaßnockenwellen, verhindert weiterhin, daß die mit einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung versehene Auslaßnockenwelle bedingt durch das Nockenwellenreibmoment in die Anschlagposition "große Ventilüberschneidung" verdreht werden kann. Diese Position ist genau die der Startposition gegenüberliegende, was zu einer nachteiligen Beeinträchtigung des Startverhaltens der Brennkraftmaschine führt, da ein Start erst erfolgen kann, wenn die den Start begünstigende Position "kleine Ventilüberschneidung" eingenommen ist. Eine stufenlose Nockenwellen-Verstellvorrichtung, die mit dem erfindungsgemäßen Verriegelungskolben versehen ist, verhindert somit wirksam eine nachteilige Geräuschentwicklung und begünstigt das Startverhal ten der Brennkraftmaschine, wobei die erfindungsgemäße Maßnahme kosten günstig darstellbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der An sprüche 2 bis 20, deren Vorteile nachfolgend erläutert werden.

Erfindungsgemäß wird in vorteilhafter Weise eine phasenverschobene Druck beaufschlagung zwischen dem Verriegelungskolben und dem Stellkolben erreicht. Erst nach Erreichen eines Druckmitteldrucks, der eine Axialverschie bung des Verrieglungskolbens ermöglicht, kann Druckmittel den Stellkolben beaufschlagen. Dabei kann durch eine entsprechende Dimensionierung der beaufschlagten Kolbenfläche des Verriegelungskolbens und/oder der Feder auslegung, die den Verriegelungskolben in Richtung des Gehäuses verlagert, die zeitliche versetzte Druckbeaufschlagung des Stellkolbens variiert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht einen scheibenartig aufgebauten Verriegelungskolben vor, der einseitig, auf der zur Zahnbuchse gerichteten Seite einen hülsenartigen Abschnitt aufweist. Durch die Verwendung eines dünnwandigen scheibenartigen Aufbaus des Verriegelungskolbens wird in vorteilhafter Weise der Bauraum der Vorrichtung nicht nachteilig beeinflußt.

Der Vorrichtungsaufbau umfaßt weiterhin am freien Ende des axial vorstehen den Abschnitts vom Verriegelungskolben eine durchmesserreduzierte radiale Stufe. Diese Stufe ist an eine entsprechend gestaltete Innenkontur der Zahn buchse angepaßt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Verriegelungskolben in der Betriebsstellung eine kreisringförmige Differenzkolbenfläche auf, deren Druckbeaufschlagung eine größere Kraft auslöst, als eine dem Verriegelungs kolben entgegenstehende Kraft der Druckfeder, die den Verriegelungskolben in die Ruhestellung verlagert. Mit dieser Maßnahme wird die Funktion des Ver riegelungskolbens bei laufender Brennkraftmaschine wirksam außer Kraft ge setzt, zur Sicherstellung einer ungehinderten Funktion der Nockenwellen- Verstellvorrichtung.

Die Differenzkolbenfläche ist bestimmt durch eine Durchmesserdifferenz des Abschnitts im Bereich der radialen Stufe. Als Größtmaß kann eine der Wand dicke des Abschnitts entsprechende Differenzkolbenfläche genutzt werden. Erfindungsgemäß kann durch eine einfache konstruktive Maßnahme Einfluß auf die Differenzkolbenfläche und damit auf das Stellvermögen bzw. die Stellkraft des Verriegelungskolbens genommen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Strömungsver bindung zwischen dem Druckraum und einem Druckmittelreservoir vor, bei Stillstand der Brennkraftmaschine. Dazu ist die Zahnbuchse mit einer Radialboh rung versehen, über die Druckmittel in einen Ringraum gelangen kann und von dort drucklos über eine Längsbohrung in eine Druckmittelführung und anschlie ßend in das Reservoir. Diese Strömungsverbindung gewährleistet gleichzeitig eine gewünschte Entlüftung zwischen dem Druckraum und der Atmosphäre. Zur Sicherstellung einer Entlüftung bzw. eines Druckausgleichs zwischen den Druckräumen kann der Stellkolben mit genau definierten Querbohrungen versehen sein. Alternativ bietet es sich an, den zur Abdichtung des Stellkolbens gegenüber dem Gehäuse eingesetzten Stahldichtring mit einer Trennfuge zu versehen, die einen definierten Leckspalt bildet. Außerdem bzw. zusätzlich können Bohrungen zwischen einem Druckraum und der Nockenwelle bzw. dem Zylinderkopf eine wirksame Entlüftung sicherstellen. Damit ist sicherge stellt, daß der Stellkolben bei Stillstand der Brennkraftmaschine möglichst schnell seine Endlage einnehmen kann, damit sich auch für eine kurzzeitige Startwiederholung eine Nockenwellenlage einstellt, die den Start der Brenn kraftmaschine begünstigt. Zur weiteren Verbesserung der Druckmittelrückströ mung bei Stillstand der Brennkraftmaschine ist die Zahnbuchse mit einer weite ren Radialbohrung versehen, die eine Verbindung zwischen der Längsbohrung und einer weiteren Druckmittelführung hergestellt. Die in der Zahnbuchse eingebrachten Fluidkanälen entsprechenden Bohrungen, können dabei so dimensioniert sein, daß diese in der Startphase eine gewisse zeitverzögerte, gedämpfte Entriegelung ermöglichen, aufgrund einer über die Bohrungen abgesteuerten Teilmenge des Druckmittels. Durch diese einfache konstruktive Maßnahme kann folglich Einfluß auf die Entriegelungsgeschwindigkeit genom men werden. Die erfindungsgemäßen Radial- und Längsbohrungen ermöglichen im Stillstand einen gewünschten Rücklauf des Druckfluids aus den Druckräu men in das Reservoir und bei einem Start der Brennkraftmaschine eine erforder liche Entlüftung insbesondere der Ringräume, so daß die Axialbewegung des Stellkolbens nicht behindert wird.

Zur Sicherstellung, daß im Betriebszustand der Brennkraftmaschine über die Radialbohrung und die Längsbohrung kein Druckmittelverlust eintritt umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung Abdichtungen, die zwischen dem Abschnitt des Verriegelungskolbens und der Zahnbuchse angeordnet sind. Dazu sind vor teilhaft Dichtringe vorgesehen, die in eine Umlaufnut der Mantelfläche im Bereich des größten Durchmessers des Abschnitts eingesetzt sind sowie dem radial gestuften Bereich des Abschnitts. Zur Schaffung einer alternativen Ab dichtung sieht die Erfindung eine in der Bohrungswandung des Abschnitts eingesetzte Abdichtung vor, die dichtend außenseitig an der zylindrischen Verschraubung anliegt. Diese Abdichtung in Verbindung einer weiteren Ab dichtung zwischen der Mantelfläche des Abschnitts und der Zahnbuchse stellt sicher, daß die gesamte Wandstärke des Abschnitts als Differenzkolbenfläche nutzbar ist, wodurch sich vorteilhafte die Stellkraft des Verriegelungskolbens vergrößert.

Die Erfindung sieht weiterhin eine Lageübereinstimmung zwischen den Dich tungen und den Radialbohrungen in der Betriebsstellung der Vorrichtung vor, was die Wirksamkeit der Abdichtung verbessert. Dadurch wird ein Druckmittel verlust wirksam unterbunden.

Zur Schaffung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Verriegelungs kolben und der Zahnbuchse ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der einseitig hülsenartig geformte Abschnitt des Verriegelungskolbens außenseitig verzahnt ist, wobei diese Verzahnung in eine entsprechende Innenverzahnung der Zahnbuchse eingreift. Als Verzahnung kann dabei beispielsweise eine Vielkeil verzahnung vorgesehen werden. Als eine Alternative zu einer Verzahnung kann die Schiebemuffe mit einer mehrkantigen Innenausnehmung versehen sein, in die ein entsprechender mehrkantiger Hülsenabschnitt des Verriegelungskolbens eingefügt werden kann.

Zur Erreichung einer reibungsminimierten, formschlüssigen Verbindung zwi schen dem Verriegelungskolben und der Zahnbuchse ist erfindungsgemäß weiterhin eine Längs- bzw. Linearführung mittels Wälzkörper einsetzbar. Dazu eignen sich vorzugsweise als Kugeln geformte Wälzkörper, die in korrespondie renden Längsnuten des einstückig mit den Verriegelungskolben verbundenen Abschnitts und der Zahnbuchse eingebracht sind. Zur Abdichtung ist dazu eine in einer Endzone der Wälzkörperführung, zwischen dem Abschnitt des Ver riegelungskolbens und der Zahnbuchse eine Dichtung vorgesehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Abdichtung zwischen dem Abschnitt des Verriegelungskolbens und der Schiebemuffe vorgesehen, wodurch sichergestellt ist, daß kein Druckmittelverlust, d. h. Leckverlust über die formschlüssige Verbindung, eintritt und dabei der Stellkolben bereits vor Erreichen einer Verschiebung des Verriegelungskolbens von einem Druckmittel beaufschlagt wird. Als Dichtung bietet sich beispielsweise eine Balgdichtung, ein Dichtring oder eine schleifende Dichtung an. Die schleifende Dichtung kann dabei als eine Spalt- oder Labyrinthdichtung gestaltet sein. Zwischen dem Verriegelungskolben und dem Gehäuse ist eine weitere Dichtung vorgesehen, die einen Druckmittelverlust in der Startphase ausschließen soll. Diese Dichtung ist dabei im äußeren radialen Bereich des Verriegelungskolbens vorgesehen, wodurch die vom Druckmittelbeaufschlagbare Fläche des Verriegelungskolbens vergrößert werden kann. Dabei bietet es sich an, als Dichtung einen Elastomer körper zu verwenden, der eine gewünschte Geräuschdämpfung bei einer schnellen Verschiebung des Verriegelungskolbens in Richtung des Anschlags sicherstellt. Weiterhin vermeidet der Elastomerkörper eine nachteilige Geräusch entwicklung in der Startphase der Brennkraftmaschine, wenn der Verriegelungs kolben eventuell noch nicht vom Druckfluid beaufschlagt ist und so an den Endanschlag anschlägt.

Als Maßnahme, mit der eine Drehfixierung des Verriegelungskolbens in der Startposition erreichbar ist, sieht die Erfindung eine formschlüssige Sicherung am Gehäuse vor. Dazu bietet es sich an, am Gehäuse einen axial vorstehenden Stift, Ansatz oder eine Verriegelungsnase vorzusehen, die in eine Ausnehmung des Verriegelungskolbens greift. Diese einfache, kostengünstig darstellbare Drehsicherung bewirkt eine hochwirksame Drehfixierung. Funktionsbedingt ist dabei die axiale Länge des Stiftes oder der Verriegelungsnase kleiner als der maximale Hub des Verriegelungskolbens. Dabei stellt sich ein Differenzmaß bzw. Überstandsmaß ein. Durch diese Abstimmung ist sichergestellt, daß nach einem erfolgten Start der Brennkraftmaschine und einer stirnseitigen Anlage des Verriegelungskolbens an der Zahnbuchse die Funktion der Verstellvorrichtung nicht beeinflußt ist und damit eine Drehlagenänderung zwischen dem ein stückig mit dem Antriebsrad verbundenen Gehäuse und der drehfest an der Nockenwelle angeordneten Zahnbuchse sichergestellt ist.

Zur Sicherstellung einer stets gleichen Lageposition des Stellkolbens liegt dieser im Stillstand bzw. in der Startposition der Brennkraftmaschine an einem gehäu sefesten Anschlag an. Damit ist auch eine für die Funktion der Verriegelungs kolben erforderliche Verrastung mit dem Ansatz gewährleistet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel in sechs Figuren dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Halbschnitt eine erfindungsgemäße Verstellvorrich tung in der verriegelten Position;

Fig. 2 in einer vereinfachten Darstellung den Verriegelungskolben mit der Gehäusesicherung nach Fig. 1;

Fig. 3 die in Fig. 1 abgebildete Verstellvorrichtung in einer entrie gelten Position;

Fig. 4 die Positionierung des Verriegelungskolbens zur Sicherung in entriegelter Position gemäß Fig. 3;

Fig. 5 die in Fig. 1 abgebildete Vorrichtung in einer Position, die einer maximalen Verstellung entspricht;

Fig. 6 die Positionierung der Drehsicherung für den Verriegelungs kolben nach Fig. 5 in der Position der maximalen Verstel lung der Vorrichtung;

Fig. 7 eine weitestgehend der Fig. 1 entsprechende Verstellvor richtung, mit einer Zahnhülse, die über zwei Radialbohrungen verfügt;

Fig. 8 die Vorrichtung gemäß Fig. 7 in einer Position, die einer maximalen Verstellung entspricht;

Fig. 9 eine Verstellvorrichtung, bei der zwischen dem Verriegelungs kolben und der Zahnbuchse eine Längsführung mit Wälzkör pern vorgesehen ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist eine mit der Bezugsziffer 1 versehene Vorrichtung zur vorzugs weisen stufenlosen Drehlagenänderung einer Kurbelwelle gegenüber einer im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle dargestellt. Dabei ist die Einrichtung 1 in einer axialen Fortsetzung einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Nockenwelle angeordnet. Der Aufbau der Vorrichtung 1 umfaßt ein Antriebsrad 2, das ein stückig mit einem radial nach innen gerichteten Ringabschnitt 3 versehen ist, der innenseitig über eine Verzahnung 4, 5 mit einer Schiebemuffe 6 in Eingriff geht. Die Schiebemuffe 6 steht wiederum über eine radial nach innen geord nete zur Verzahnung 4, 5 axial versetzte Verzahnung 7, 8 mit einer Zahnbuchse 9 in Eingriff, welche über eine Verschraubung 10 an der Nockenwelle drehfi xiert angeordnet ist.

Die Vorrichtung 1 sieht weiterhin vor, daß die Schiebemuffe 6 auf der vom Antriebsrad 2 abgewandten Seite stirnseitig einstückig mit einem Stellkolben 11 versehen ist, der außenseitig abgedichtet an einer Innenwandung eines ein stückig mit dem Antriebsrad 2 verbundenen Gehäuses 12 anliegt. Das rotations symmetrisch ausgebildete Gehäuse 12 bildet einen ringzylindrischen Innen raum, der von dem Stellkolben 11 in zwei Druckräume 13, 14 aufgeteilt ist. Die Druckräume 13, 14 sind dabei wechselweise mit einem Druckmittelzufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar zur Erreichung einer Axialverschiebung des Stellkolbens 11. Aufgrund der jeweils als Schrägverzahnung ausgeführten, in Eingriff stehenden Verzahnungen 4, 5 und 7, 8 bewirkt eine Axialverschiebung des Stellkolbens 11 eine Relativverdrehung zwischen dem Antriebsrad 2 und der drehfixiert mit der Nockenwelle verbundenen Zahnbuchse 9. Dazu ist die Zahnbuchse 9 drehbar in einer Führungshülse 15 eingesetzt, die unlösbar mit dem Ringabschnitt 3 verbunden ist. Zur Verlagerung des Stellkolbens 11 in die in Fig. 1 dargestellte Startposition, d. h. im drucklosen Zustand der Druck räume 13, 14 ist eine Druckfeder 16 vorgesehen, welche im Druckraum 13 zwischen dem Ringabschnitt 3 und dem Stellkolben 11 eingesetzt ist, zur Ver lagerung des Stellkolbens 11 in die Startposition bzw. zur Beeinflussung der Verstellgeschwindigkeit des Stellkolbens 11. In der Startposition liegt der Stell kolben 11 an einem Anschlag 46 an.

Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist außerdem mit einem Verriegelungskolben 17 versehen, der zwischen einer der Zahnbuchse 9 vorgelagerten Stirnwand 18 des Gehäuses 12 und der Zahnbuchse 9 axial verschiebbar ist. Der Verriegelungs kolben 17 verfügt über einen hülsenartigen Abschnitt 19, der über eine Ver zahnung 20, 21, ausgeführt als eine Geradverzahnung mit der Zahnbuchse 9 formschlüssig in Eingriff steht. Zur wirksamen Abdichtung, d. h. zur Vermeidung von einem Druckmittelverlust aus dem Druckraum 14 in der Betriebsstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind zwischen dem Verriegelungskolben 17 und der Zahnbuchse 9 Abdichtungen 22, 38 vorzugsweise in Form von Dichtringen vorgesehen. Alternativ zu einem Dichtring kann eine Balgdichtung oder eine zwischen dem Abschnitt 19 des Verriegelungskolbens 17 und der Zahnbuchse 9 schleifend eingesetzte Dichtung vorgesehen werden. Zur Ver lagerung des Verriegelungskolbens 17 in die in Fig. 1 abgebildete Startposition ist eine Druckfeder 23 zwischen der Verschraubung 10 und einem am Ver riegelungskolben 17 lagefixierten Halteglied 42 eingesetzt. Zur Erreichung einer Drehfixierung des Verriegelungskolbens 17 dient ein an der Stirnwand 18 angeordneter, in den Druckraum 14 ragender Ansatz 24, der in der Startposition der Vorrichtung 1 in eine entsprechende Ausnehmung 25 des Verriegelungs kolbens 17 verrastet. Zur Erreichung einer Abdichtung eines Ringspaltes zwi schen dem Verriegelungskolben 17 und der Stirnwand 18 des Gehäuses 12 in der Startposition, dient eine im Verriegelungskolben 17 eingesetzte Dichtung 26.

Der Abschnitt 19 des Verriegelungskolbens 17 ist am freien Ende mit einer Radialstufe 37 versehen, die einen durchmesserreduzierten Abschnitt bildet, der in einen Ringraum ragt, der sich zwischen der Verschraubung 10 und der Zahnbuchse 9 einstellt. Die Vorrichtung 1 sieht weiterhin Maßnahmen vor, die sicherstellen, daß der Stellkolben 11 bei Stillstand der Brennkraftmaschine rasch in die in Fig. 1 gezeigte Endlage gelangt. Als Maßnahme mit der ein schnelles Rückströmen des Druckmittels aus dem Druckraum 14 in eine unmittelbar mit dem Druckmittelreservoir in Verbindung stehende Druckmittelführung 41 gelangt ist erfindungsgemäß die Zahnbuchse 9 mit entsprechenden Bohrungen versehen. Eine Radialbohrung 36 verbindet einen Zwischenraum 31 der vom Druckraum 14 durch die Verzahnung 7, 8 getrennt ist mit einem vom Abschnitt 19 und der Zahnbuchse 9 umschlossenen im Bereich der Radialstufe 37 gebil deten Ringraum 39. Über eine ebenfalls in die Zahnbuchse 9 eingebrachte Längsbohrung 40 ist eine Verbindung zwischen dem Ringraum 39 und der Druckmittelführung 41 geschaffen.

Zur Verdeutlichung der Lagefixierung des Verriegelungskolbens 17 ist in Fig. 2 in einer vereinfachten Abbildung eine Hälfte des Verriegelungskolbens 17 abgebildet, in dessen Ausnehmung 25 der in der Stirnwand 18 des Gehäuses 12 (siehe Fig. 1) eingesetzte Ansatz 24 verrastet.

In den nachfolgenden Fig. 3 bis 9 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 im Vergleich zu Fig. 1 in unterschiedlichen Verstellpositionen bzw. anderen Bauteilen abgebildet. Die mit der Fig. 1 übereinstimmenden Bauteile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In Fig. 3 ist die Vorrichtung 1 in einer Position abgebildet, in der die Entriege lung gerade erfolgte, bei der sich der Verriegelungskolben 17 in Richtung der Stirnseite der Zahnbuchse 9 verlagert hat. Dabei wird deutlich, daß sich zwi schen einer Stirnseite des Ansatzes 24 und dem Verriegelungskolben 17 ein Überstandsmaß "X" einstellt, das eine ungehinderte Verdrehung des Verriege lungskolbens 17 sicherstellt. Aufgrund der Axialverschiebung des Verriegelungs kolbens 17 ist die Dichtwirkung der Dichtung 26 außer Kraft gesetzt, so daß Druckmittel durch die Ausnehmung 25 bzw. durch mehrere Ausnehmungen 25 in den Druckraum 14 einströmen kann, zur Druckbeaufschlagung des Stell kolbens 11. Ein sich einstellender Ringspalt 29 zwischen einer Außenkontur des Verriegelungskolbens 17 und der Innenwand des Gehäuses 12 ist dabei so eng toleriert, daß über diesen nahezu kein Druckmittel in den Druckraum 14 gelangen kann. Der Ringspalt 29 kann somit auch als Spaltdichtung bezeichnet werden. Aus der Fig. 4 ist zu sehen, daß in der Entriegelungsposition der Verstellkolben 17 unverändert im Vergleich zu Fig. 2 positioniert ist.

Die Fig. 5 zeigt den Stellkolben 11 in einer maximalen Verstellposition gegen über der in Fig. 1 abgebildeten Lage. Die Druckfeder 16 liegt dabei fast auf Block. Zur Erreichung dieser Position ist eine Auffüllung des Druckraums 14 mit Druckmittel erforderlich, wobei der Druck des Druckmediums eine Kraft auf den Stellkolben 11 auslösen muß, die eine Kraft der Druckfeder 16 übersteigt. Der sich dabei ergebende Verstellwinkel, d. h. die Drehlagenänderung zwi schen dem Gehäuse 12 und dem Verriegelungskolben 17 und damit zwischen dem Antriebsrad 2 und der Nockenwelle ist in Fig. 6 verdeutlicht. Der Winkel "α" zwischen dem Ansatz 24 und der Ausnehmung 25 entspricht dem maxima len Verstellwinkel.

Die in Fig. 7 abgebildete Vorrichtung 1 ist abweichend zu der in Fig. 1 abgebildeten Vorrichtung mit einer Zahnbuchse 9 versehen, die zur Radialboh rung 36 eine weitere Radialbohrung 43 aufweist. Mit der Radialbohrung 43 ist eine Verbindung zwischen der Längsbohrung 40 und einem Ringraum geschaf fen, der sich in einer Neutrallage des Verriegelungskolbens 17 zwischen der Verschraubung 10 und der Zahnbuchse 9 einstellt. Mit dieser Radialbohrung 43 kann bei Stillstand der Brennkraftmaschine das im Druckraum 14 eingeschlosse ne Druckmittel noch schneller entweichen, und der Stellkolben 11 damit seine Ausgangsposition schneller erreichen, was eine kurzfristige Startwiederholung ermöglicht. Gleichzeitig bewirkt die Radialbohrung 43 eine gewünschte schnel le und sichere Entriegelung des Verriegelungskolbens 17, bedingt durch eine Druckentlastung des Ringraums 45. Der Ringraum 45 ist begrenzt durch die Stirnseite des Abschnitts 19, der Zahnbuchse 9 sowie einem Schraubenkopf der Verschraubung 10. Dabei ist ein engtolerierter Ringspalt in Form einer Spalt dichtung zwischen dem Schraubenkopf und dem dazu axial verschiebbaren Abschnitt 19 vorgesehen.

In Fig. 8 ist der Stellkolben 11 in einer der Fig. 5 entsprechenden Position abgebildet. Dabei kommt es zu einer Lageübereinstimmung der Abdichtung 22 und der Dichtung 38 mit den Radialbohrungen 36, 43, wodurch ein Druck mittelverlust in der Betriebsstellung unterbleibt. Damit ergeben sich im Druck raum 14 stabile Druckverhältnisse, die sich förderlich auf die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auswirken.

Aus Fig. 9 ist eine alternative formschlüssige Verbindung zwischen dem Verrieglungskolben 17 und der Zahnbuchse 9 zu entnehmen. Sowohl der Abschnitt 19 des Verriegelungskolbens 17 als auch die Zahnbuchse 9 sind dazu mit korrespondierenden Längsnuten 34, 35 versehen, in denen Wälzkörper 32 geführt sind, zur Bildung einer Längsführung 30, die auch als Linearführung zu bezeichnen ist. Zur Abdichtung der Längsführung 30 ist eine Dichtung Ab dichtung 22 zwischen der Zahnbuchse 9 und dem Abschnitt 19 vorgesehen. Dazu ist die Abdichtung 22 an einem dieser Bauteile lagefixiert und liegt an dem gegenüberliegenden Bauteil abdichtend und bei einer Axialbewegung des Verriegelungskolbens 17 schleifend an. Zur Bildung eines Axialanschlages der Wälzkörper 32 dient eine Sicherung 33, die unter radialer Vorspannung in einer Umlaufnut der Zahnbuchse 9 eingesetzt ist.

Aus der Fig. 9 ist weiterhin eine geänderte Abdichtung des Abschnitts 19 zu entnehmen, der in eine Umlaufnut eingesetzte Dichtung 44 aufweist, die außen seitig an der Verschraubung 10 dichtend anliegt. Mit dieser Maßnahme ist eine vorteilhaft vergrößerte Differenzkolbenfläche "D_F" erzielbar. Die sich dabei ergebende Differenzkolbenfläche "D_F" entspricht damit unmittelbar der Wand stärke des Abschnitts 19. Ein im Druckraum 45 eingetretenes Druckfluid kann in der Startphase, d. h. bei einer Axialverschiebung des Verriegelungskolbens 17, über die Radialbohrung 43 und die Längsbohrung 40 entweichen.

Funktionsbeschreibung

In Fig. 1 ist die verriegelte Position der Vorrichtung 1 abgebildet, bei der ein Kraftfluß, d. h. die Übertragung des Drehmomentes vom Antriebsrad 2 auf das Gehäuse 12 und von dort über den Ansatz 24 in Verbindung mit der Aus nehmung 25 auf den Verriegelungskolben 17 erfolgt, welcher formschlüssig mit der Zahnbuchse 9 in Eingriff steht, die an der Nockenwelle drehfixiert ist. Damit ist sichergestellt, daß in dieser Position keine Drehlagenänderung zwischen dem Antriebsrad 2 und der Nockenwelle erfolgt, was sich in der Startphase der Brennkraftmaschine als positiv erweist, da in dieser Phase aufgrund des nicht vorhandenen Drucks des Druckmediums, die hydraulische Vorspannung des Stellkolbens 11 nicht ausreicht für eine definierte Lagepositionierung des Stell kolbens 11. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Geräuschanregung des Stellkolbens vermieden, die entstehen kann, wenn dieser nicht ausreichend hydraulisch vorgespannt ist. Nach einem Start der Brennkraftmaschine erfolgt eine axiale Druckmittelzuströmung beispielsweise über eine Nockenwellen lagerung und einer der hohlgebohrten Verschraubung 10 vorgelagerten Ring raum 28, der mit einem Druckraum 27 korrespondiert. Sobald der auf den Verriegelungskolben 17 wirkende Druck des Druckmittels eine Kraft ausübt, die größer ist als die Kraft der Druckfeder 23, erfolgt eine Axialverschiebung des Verriegelungskolbens 17 bis an die Stirnseite der Zahnbuchse 9, wodurch die Vorrichtung 1 entriegelt ist, siehe Fig. 3. In dieser Stellung des Verriegelungs kolbens 11 besteht keine Überdeckung zwischen dem Ansatz 24 und der Ausnehmung 25 besteht, wodurch der Verriegelungskolben 17 einschließlich der Zahnbuchse 9 sich relativ zum Gehäuse 12 und damit dem Antriebsrad 2 verdrehen kann. Die in Fig. 3 abgebildete Position des Stellkolbens 11 kann die Vorrichtung 1 bei einer vollständigen Entriegelung einnehmen. Das Druck mittel kann dabei zur Erreichung einer Axialverschiebung des Stellkolbens 11 in Richtung der Nockenwelle vom Druckraum 27 über die Ausnehmungen 25 im Verriegelungskolben 17 in den Druckraum 14 einströmen und den ringför mig gestalteten Stellkolben 11 beaufschlagen.

Zur Vermeidung einer selbsttätigen Rückstellung des Verriegelungskolbens 17 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bei einem Druckausgleich, d. h. bei einem vollständig mit Druckmittel gefüllten Druckraums 14 dient eine kreisringförmige Differenzkolbenfläche "D_F", die weitestgehend einer Wandstärke vom Abschnitt 19 des Verriegelungskolbens 17 entspricht. Erfindungsgemäß ergibt sich bei einer Druckbeaufschlagung des Verriegelungskolbens 17 eine Kraftkomponente aufgrund der Differenzkolbenfläche "D_F", die in der Betriebsstellung eine stirnseitige Anlage des Verriegelungskolben 17 an der Zahnbuchse 9 sicherstellt. Die Kraftkomponente ist dabei größer als die Kraft der Druckfeder 23, deren Kraft zur Stirnwand 18 gerichtet ist.

Die Verriegelung ist auslösbar durch eine Druckmittelbeaufschlagung des Druckraums 13, wodurch der Stellkolben 11 in Richtung der Stirnwand 18 verlagert wird, bis die Ausnehmung 25 des Verriegelungskolbens 17 dem Ansatz 24 gegenübersteht. Einen Formschluß zwischen dem Ansatz 24 und der Ausnehmung 25 bewirkt die Kraft der Druckfeder 23, wodurch der Verriege lungskolben 17 eine Lagefixierung erfährt.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Antriebsrad
3 Ringabschnitt
4 Verzahnung
5 Verzahnung
6 Schiebemuffe
7 Verzahnung
8 Verzahnung
9 Zahnbuchse
10 Verschraubung
11 Stellkolben
12 Gehäuse
13 Druckraum
14 Druckraum
15 Führungshülse
16 Druckfeder
17 Verriegelungskolben
18 Stirnwand
19 Abschnitt
20 Verzahnung
21 Verzahnung
22 Abdichtung
23 Druckfeder
24 Ansatz
25 Ausnehmung
26 Dichtung
27 Druckraum
28 Ringraum
29 Ringspalt
30 Längsführung
31 Zwischenraum
32 Wälzkörper
33 Sicherung
34 Längsnut
35 Längsnut
36 Radialbohrung
37 Radialstufe
38 Dichtung
39 Ringraum
40 Längsbohrung
41 Druckmittelführung
42 Halteglied
43 Radialbohrung
44 Dichtung
45 Ringraum
46 Anschlag
x Überstandsmaß
α Verstellwinkel
D_F Differenzkolbenfläche

Claims

1. An einer gaswechselventilgesteuerten Brennkraftmaschine eingesetzte Vor richtung zur stufenlosen Drehlagenänderung einer Kurbelwelle gegenüber zumindest einer vorzugsweise im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle, die ein Antriebsrad (2) aufweist, das insbesondere über ein Zugmittel, einen Antrieb von der Kurbelwelle erfährt, an dem ein Gehäuse (12) befestigt ist, an dessen Innenwandung ein hydraulisch doppelt wirkender Stellkolben (11) dichtend geführt ist, der zwei Druckräume (13, 14) axialbegrenzt, die wechselweise mit einem Druckmittelzufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar sind, wobei der Stellkolben (11) einstückig mit einer hohlzylindrisch gestalteten Schiebemuf fe (6) verbunden ist, die durch eine erste Verzahnung (4, 5) mit dem Antriebsrad und durch eine zweite Verzahnung (7, 8) mit einem Abtriebselement, einer Zahnbuchse (9) formschlüssig verbunden ist, und wobei der Stellkolben (11) bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine in eine Grundstellung verlagert wird, in der er an einem Endanschlag anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckraum (14) ein in der Grundstellung der Vorrichtung (1) drehfixiert am Gehäuse (12) anliegender Verriegelungskolben (17) vorgesehen ist, der einen weiteren Druckraum (27) begrenzt, und daß der formschlüssig mit der Zahn buchse (9) in Eingriff stehende, federkraftbeaufschlagte Verriegelungskolben (17) druckmittelabhängig axial verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (11) eine phasenverschobene bzw. zeitverzögerte Druckbeaufschlagung zum Verriegelungskolben (17) erfährt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriege lungskolben (17) im wesentlichen scheibenartig gestaltet ist und einseitig in Richtung der Zahnbuchse (9) zeigend mit einem axial vorstehenden Abschnitt (19) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) an dem zum Antriebsrad (2) weisenden Ende eine durchmesserreduzierte Radialstufe (37) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriege lungskolben (17) in der Betriebsstellung eine kreisringförmige Differenzkolben fläche "D_F" bildet, deren Druckbeaufschlagung eine größere Kraft auslöst als eine dem Verriegelungskolben (17) entgegenstehende Kraft, wozu insbesondere eine Druckfeder (23) einsetzbar ist (Fig. 1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz kolbenfläche "D_F" bestimmt ist durch eine Durchmesserdifferenz des Abschnitts (19) im Bereich der Radialstufe (37).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine kreisringförmige Differenzkolbenfläche "D_F" einstellt, die der größten Wanddic ke des Abschnitts (19) entspricht (Fig. 9).

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung einer Strömungsverbindung zwischen dem Druckraum (14) und einer Druck mittelführung (41) bei Stillstand der Brennkraftmaschine die Zahnbuchse (9) mit Bohrungen, zumindest einer Radialbohrung (36) und einer Längsbohrung (40), versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Längs bohrung (40) eine zusätzliche Radialbohrung (43) zugeordnet ist, die eine Verbindung zum Ringraum (28) herstellt (Fig. 7).

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) über eine Abdichtung (22) und eine Dichtung (38) gegenüber der Zahn- Buchse (9) abgedichtet ist, wobei die Abdichtmittel jeweils in einer Umlaufnut des Abschnitts (19) im Bereich des größten Durchmessers sowie im Bereich der Radialstufe (37) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) gegenüber der Zahnbuchse (9) durch die Abdichtung (22) und gegenüber der Verschraubung (10) mittels einer Dichtung (44) abgedichtet ist (Fig. 9).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Be triebsstellung der Vorrichtung (1) eine Lageübereinstimmung zwischen den Radialbohrungen (36, 43) und der Abdichtung (22) bzw. der Dichtung (38) besteht (Fig. 8).

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) über eine Verzahnung (20, 21) mit der Zahnbuchse (9) in Eingriff steht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abschnitt (19) und der Zahnbuchse (9) eine Vielkeilverzahnung vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnbuchse (9) über ein Mehrkantprofil verfügt, in die ein entspre chend profilierter Abschnitt (19) des Verriegelungskolbens (17) eingreift.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abschnitt (19) des Verriegelungskolbens (17) und die Zahn buchse (9) über korrespondierende Längsnuten (34, 35) verfügen, die in Ver bindung von Zwischengliedern, z. B. Profilkörpern oder Wälzkörper (32) eine Längsführung (30) bilden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdich tung des Druckraums (27) zwischen dem Verriegelungskolben (17) und einer Stirnwand (18) des Gehäuses (12) eine Dichtung (26) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (26), ausgebildet als ein Elastomerkörper, für den Verriegelungskolben (17) bei Verschiebung in eine Endlage eine Geräuschdämpfung bewirkt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriege lungskolben (17) in der Startposition über eine am Gehäuse (12) angeordnete formschlüssige Sicherung drehfixiert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Sicherung ein am Gehäuse (12) axial vorstehender Ansatz (24) dient, der in eine Aus nehmung (25) des Verriegelungskolbens (17) eingreift.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Axialver schiebung des Stellkolbens (11) ausgelöst werden kann, nach dem sich der Ver riegelungskolben (17) in Richtung der Zahnbuchse (9) verschiebt und sich dabei ein Hub des Verriegelungskolbens (17) einstellt, der eine axiale Länge des Ansatzes (24) übertrifft.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (11) in einer Startposition an einem Anschlag (46) anliegt (Fig. 1).