DE19817319C2 - Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für Brenn­ kraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Nockenwellenversteller sind als Kolbenversteller mit axial ver­ schiebbarem Kolben (DE 196 11 365 A1) wie auch als Flügelversteller mit in Umfangsrichtung beaufschlagbaren und verschwenkbaren Flügeln (DE 197 26 300 A1, Fig. 7 bis 10) bekannt.

In Verbindung mit beiden Bauformen erfolgt die Befestigung des Nockenwellenverstellers in stirnseitiger Verlängerung der Noc­ kenwelle über eine zentrale Spannschraube.

Durch die DE 196 11 365 A1, die im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigt ist, ist es bekannt, die als Mehrwegeventile ausgebildete Steuereinrichtung in die Spann­ schraube zu integrieren, so daß diese als Gehäuse eine axiale Aufnahme für einen zentral liegenden und axial verschiebbaren Steuerschieber bildet, über den radial auf kurzen Wegen die Druckmittelversorgung der Stellmittel erfolgen kann.

Im Hinblick hierauf ist vorgesehen, den zur Nockenwelle dreh­ festen Innenkörper des Nockenwellenverstellers und dessen gegen­ über dem Innenkörper verdrehbaren Außenkörper, über der die An­ triebsverbindung zur Kurbelwelle läuft, auf der Spannschraube zu führen, ungeachtet einer hiervon unabhängigen Zentrierung des Innenkörpers gegenüber der Nockenwelle. Dies bedingt sehr enge Tolerierungen, also hohen Fertigungsaufwand und fuhrt zu­ dem durch die Überlagerung mehrerer spielbehafteter radialer Führungen zu Desachsierungsfehlern, die sich auf den Rundlauf und das Schwingungsverhalten nachteilig auswirken können, wobei solche Rundlauf- und Desachsierungsfehler es auch erschweren, den Steuerschieber über den diesem gehäuseseitig zugeordneten, axial versetzten Stellmagneten als Stellantrieb bei möglichst geringem Spaltmaß zum vom Steuerschieber getragenen Anker zu betreiben. Größere Spaltmaße führen aber zu erhöhtem Leistungs­ bedarf und damit erhöhtem Raumbedarf, der in Anbetracht der baulichen Gegebenheiten bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahr­ zeuge schon im Hinblick auf die durch den Nockenwellenverstel­ ler bedingte axiale Verlängerung häufig, nicht zur Verfügung steht.

Durch die Erfindung soll ein Nockenwellenversteller der ein­ gangs genannten Art dahingehend ausgebildet werden, daß eine möglichst gute Zentrierung des Nockenwellenverstellers erreicht wird, durch die gleichzeitig die Voraussetzungen für eine be­ sonders einfache und preisgünstige Fertigung geschaffen werden.

Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, denen zufolge die Spannschraube das gegenüber der Nockenwelle zentrierende Element des Nockenwellenverstellers bildet, so daß dieser bezüglich seines Innen- und Außenkörpers sowie auch seiner seitlichen Abschlußelemente in Form von Dec­ keln keine zusätzliche zentrierende Abstützung benötigt. Damit entfällt die Notwendigkeit von axialen Hinterschneidungen oder Vorsprüngen an Innen- und Außenkörper, die die Fertigung er­ schweren. Zudem ergibt die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit Zentrierung des gesamten Nockenwellenverstellers, einschließ­ lich des Anschlusses der durch das Mehrwegeventil gebildeten Steuereinrichtung an den Stellantrieb, über die Spannschraube besonders günstige Voraussetzungen für eine weitgehend tole­ ranzfreie Zentrierung ohne übermäßige Anforderungen an die Fer­ tigung, mit besten Voraussetzungen für einen möglichst guten und schwingungsfreien Rundlauf sowie mit möglichst geringen, erforderlichen Spaltmaßen im Übergang zwischen Steuerschieber und Stellantrieb.

In Ausgestaltung der Erfindung können Innen- und Außenkörper stirnseitig plan ausgebildet sein, also scheibenförmige Elemen­ te bilden, die über Ringdeckel flächig abgedeckt sind, so daß die Deckel lediglich axial verspannt werden müssen. Als Zweck­ mäßig erweist es sich dabei, wenn die Deckel radial innen an einen Ringbund der Spannschraube oder an den Zentrierbund der Nockenwelle anschließen, so daß eine aus­ reichende radiale Überdeckung zu Innen- und Außenkörper gegeben ist, die die Verwendung einfacher Dichtmittel möglich macht, sofern solche vorgesehen werden sollen, wobei die durch die Er­ findung erreichte exakte Zentrierung mit geringen Spielen sich auch im Hinblick auf die Reduzierung von Leckagen günstig aus­ wirkt.

Zu besonders weitgehenden Vereinfachungen führt die erfindungs­ gemäße Ausgestaltung, scheibenförmige Innen- und Außenkörper und Deckel bei Nockenwellenverstellern zu verwenden, die als Flügelversteller ausgebildet sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Desweiteren wird die Erfindung anhand der Zeichnungen mit zusätzlichen Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung gemäß I-I in Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß der Erfindung, teilweise schematisiert dargestellt, wo­ bei der Nockenwellenversteller in Verlängerung zur Noc­ kenwelle der nicht weiter dargestellten Brennkraft­ maschine angeordnet und von einem hier ebenfalls nicht weiter dargestellten, stirnseitig zur Brennkraft­ maschine vorgesehenen Kettenkasten aufgenommen wird,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1, in verein­ fachter Darstellung.

Der Nockenwellenversteller gemäß Fig. 1 und 2 ist insgesamt mit 1 bezeichnet und in Zuordnung zu einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine dargestellt, die hier nur schematisiert an­ gedeutet und mit 3 bezeichnet ist und an deren dem dargestell­ ten Ende der Nockenwelle 2 zugeordneter Stirnseite ein Ketten­ kasten vorgesehen ist, der weitgehend nur schematisiert ange­ deutet und mit 4 bezeichnet ist. An diesem Kettenkasten 4 ist in axialer Verlängerung zur Nockenwelle 2, und dieser gegen­ überliegend, der dem Nockenwellenversteller 1 zugeordnete Stel­ lantrieb 5 vorgesehen, der durch einen Stellmagneten gebildet ist und der von außen auf die der Brennkraftmaschine 3 gegen­ überliegende Stirnseite des Kettenkastens 4 aufgeschraubt ist, wie bei 6 angedeutet.

Der durch einen Stellmagneten gebildete Stellantrieb 5 wirkt mit dem Anker 7 eines Steuerschiebers 8 zusammen, der in eine Zentralschraube als Spannschraube 9 integriert ist, über die der Nockenwellenversteller 1 stirnseitig an der Nockenwelle 2 angeflanscht ist, wobei die Spannschraube 9 mit dem Steuer­ schieber 8 des Nockenwellenverstellers 1 sowie dem Stellantrieb 5 koaxial zur Nockenwelle 2 liegt.

Auf der Spannschraube 9 sitzt, gegen die Nockenwelle 2 axial verspannt, der Innenkörper 110 des Nockenwellenverstellers 1, dem ein Außenkörper 111 zugeordnet ist, der an seinem Außenum­ fang Verzahnungen 12 aufweist, über die, in bezogen auf Dreh­ richtung und Drehzahl fester Zuordnung, die Nockenwelle 2 von der hier nicht dargestellten Kurbelwelle der angedeuteten Brennkraftmaschine 3 angetrieben wird. Anstelle eines hier an­ gedeuteten und angesprochenen Kettentriebes können selbst­ verständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie bei­ spielsweise Zahnriemenantriebe oder auch Zahnradantriebe.

Der Außenkörper 111 weist über seinen Umfang verteilt radial nach innen ragende Stellmittel in Form von Kolbenflügeln 13 auf, denen seitens des Innenkörpers 110 als Stellmittel Gegen­ flügel 14 zugeordnet sind, wobei jeweils zwei Gegenflügel 14 einen Aufnahmeraum 15 in Form eines Ringsektors begrenzen, in dem ein Kolbenflügel 13 des Außenkörpers 111 liegt, wobei der Außenkörper 111 mit seinen ihm zugeordneten Kolbenflügeln 13 quasi einen Flügelrotor bildet, der gegenüber dem Innenkörper 110 über einen Winkelbereich verstellbar ist, der durch die Ge­ genflügel 14 eines Aufnahmeraumes 15 begrenzt ist.

Innerhalb des jeweiligen Aufnahmeraumes 15 begrenzen Kolben­ flügel 13 und Gegenflügel 14 jeweils zwei Arbeitskammern 16, 17, die hydraulisch beaufschlagbar sind, und zwar gesteuert über den Steuerschieber 8.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Spannschraube 9, über die der Innenkörper 110 gegen die Nockenwelle 2 axial verspannt ist von einem Zentrierbund 119 der Nockenwelle 2 übergriffen ist, so daß bei axialer Verspannung des Nockenwellenverstellers 1 die Spannschraube 9 und der von ihr getragene Nockenwellenver­ steller 1 unmittelbar gegenüber der Nockenwelle 2 zentriert sind.

Die Zuführung von Druckmedium auf die jeweilige Arbeitskammer 16 bzw. 17 erfolgt in nicht näher gezeigter Weise über eine Lagerstelle der Nockenwelle 2 im Gehäuse der Brennkraftmaschine 3 und Radialbohrungen 20 in der Nockenwelle 2. Ausgehend hiervon führt ein Axialkanal 21 über Nockenwelle 2 und Innenkörper 110 zu einem Ringraum 23 im Innenkörper 110, der in Überdeckung zu Radialbohrungen 24 in der Spannschraube 9 liegt. Diese münden, wie in Fig. 1 erkennbar, auf einen Ringraum 25 des Steuer­ schiebers 8 aus, der zwischen Ringbunden des Steuerschiebers 8 liegt, über die der Ringraum 25 axial begrenzt ist.

Der von der Nockenwelle 2 abgelegene Ringbund begrenzt mit ei­ nem weiteren, nach der von der Nockenwelle 2 abgelegenen Seite versetzten Ringbund 28 einen weiteren Ringraum 29, der über ei­ ne radiale Anschlußbohrung und eine Axialbohrung 30 mit der Aufnahme 31 in Verbindung steht, die über eine die bodenseitige Begrenzung der Aufnahme 31 durchsetzende Bohrung 32 und einen radialen, den Zentrierbund 119 der Nockenwelle 2 durchsetzenden Verbindungskanal 33 in den Kettenkasten 4 ausmündet.

Die Arbeitskammern 16 und 17 in den Aufnahmeräumen 15 sind seitlich durch Ringdeckel 134 und 135 geschlossen, die bei Aus­ bildung von Innenkörper 110 und Außenkörper 111 als plane Scheiben mit zur Achse der Nockenwelle 2 senkrechten Stirnsei­ ten ebenfalls plan ausgebildet sind, wobei radial außen eine Abdichtung 147 durch Ringdichtungen zwischen dem Außenkörper 110 und den Ringdeckeln 134 und 135 vorgesehen sein kann, gege­ benenfalls, bei entsprechend feiner Bearbeitung, aufgrund der geringen Arbeitsdrücke auf eine gesonderte Dichtung aber auch verzichtet werden kann. Die Ringdeckel 134 und 135 sind über axiale Spannschrauben 38 gegen die Stirnflächen des Innenkör­ pers 110 und des Außenkörpers 111 anliegend gehalten.

Zur Fixierung des Außenkörpers 111 als Flügelrotor in seiner der Startstellung der Brennkraftmaschine entsprechenden Stel­ lung, die im Regelfall einer Spät-Stellung der Nockenwelle 2 entspricht, ist im Bereich eines Kolbenflügels 13 des Außenkör­ pers 111 ein Sperrelement 39 in Form eines Radialbolzens vor­ gesehen, der in Richtung auf den Innenkörper 110 federbelastet ist und dem im Innenkörper 110 eine Rastöffnung 40 zugeordnet ist. Die Rastöffnung 40 steht in Überschneidung zu einem auf die Kammer 16 ausmündenden Radialkanal 41, der von einer im In­ nenumfang des Innenkörpers 10 vorgesehenen Ringnut 42 ausgeht. Diese steht in Überdeckung zu Radialbohrungen 43 in der die Führung des Steuerschiebers 8 bildenden, die Aufnahme für den Steuerschieber 8 begrenzenden Axialwandung der Spannschraube 9. Bezogen auf die Darstellung gemäß Fig. 1 axial versetzt und auf die jeweils andere Arbeitskammer 17 ausmündend sind, in Fig. 2 strichliert dargestellt, Radialkanäle 44 im Innenkörper 110 vorgesehen, die auf Ringnuten 45 ausmünden, welche in Über­ deckung zu Radialbohrungen 46 in der Wandung der Spannschraube 9 stehen.

Wird die Brennkraftmaschine 3 angefahren, so wird über die Ra­ dialbohrung 20 in der Nockenwelle 2 Druckmedium zugeführt, das über den Axialkanal 21 in den Ringraum 25 des Steuerschiebers 8 gelangt. Der Startstellung entsprechend nimmt dieser zunächst seine der Nockenwelle 2 benachbarte, federbelastete Endlage ein, bis mit Durchführung des Startvorgangs der Stellantrieb 5 aktiviert und durch den Stellmagneten der Anker 7 angezogen wird, so daß der Ringraum 25 in Überdeckung zur Radialbohrung 43 in der Spannschraube 9 und über die Ringnut 42 zum Radialka­ nal 41 kommt, und damit das Sperrelement 39 und die Kammer 16 mit Druckmedium beaufschlagt. Das Sperrelement 39 wird hier­ durch entgegen der Federkraft verschoben, die über das Sperre­ lement 39 ausgeübte Verriegelung wird aufgehoben und der Außenkörper 111, bezogen auf die Darstellung gemäß Fig. 2, im Gegenuhrzei­ gersinn in Richtung einer Früh-Stellung der Nockenwelle ver­ schwenkt. Ist über eine entsprechende Ansteuerung des Steuerma­ gneten des Stellantriebes, in Abhängigkeit von der Motorsteue­ rung, die gewünschte Nockenwellenlage erreicht, so wird der Steuerschieber 8 mit seinen entsprechenden Ringbunden in Über­ deckung zu den Bohrungen 43 und 46 gebracht, die Zufuhr von Druckmedium zu den Kammern 16 und 17 also unterbrochen, solange die Sollnockenwellenlage gegeben ist. Ergeben sich gegenüber dieser, beispielsweise durch Leckagen, Verschiebungen, so wird über den Stellmagneten 5 als kontinuierlich steuerndes Element entsprechend nachgesteuert, d. h. durch Zufuhr bzw. Ablassen von Druckmedium zu der einen oder anderen Kammer 17 bzw. 16 die notwendige Nachstellung vorgenommen.

Wird die Brennkraftmaschine 3 abgeschaltet, so geht der Steuer­ schieber 8 in die gezeigte Ausgangslage zurück, in der die Kam­ mer 16 über den Ringraum 29 an den Rücklauf angeschlossen ist, so daß sich die Kammer 16 entleert und gleichzeitig auch der das Sperrelement 39 bildende Bolzen durch die Federkraft in seine Sperrstellung verschoben werden kann. In beiden Endstel­ lungen des Steuerschiebers 8 ist die jeweils nicht druckbeauf­ schlagte Kammer zum Rücklauf hin offen.

Im Ausführungsbeispiel liegt ein in Achsrichtung der Nockenwel­ le 2 sehr kurz bauender Nockenwellenversteller 1 vor, bei dem der Innenkörper 110 über die Spannschraube 9 axial gegen die Nockenwelle 2 verspannt und zentriert ist und ausgehend vom In­ nenkörper 110 über die Ringdeckel 134 und 135 die axiale Lage auch des Außenkörpers 111 bestimmt ist. Ungeachtet dessen ist es möglich, die dem Außenkörper 111 zugeordnete Verzahnung 12 baulich gegenüber dem gezeigten Ausführungsbeispiel axial ver­ setzt anzubringen, und zwar auch über die gegebene Breite des Nockenwellenverstellers 1 in der gezeigten Form hinausgehend, beispielsweise dadurch, daß der Außenkörper 111 mit einem radi­ al versetzten Ringbund am Außenumfang verbreitert wird.

Claims (4)

1. Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen, der im An­ trieb einer Nockenwelle von der Kurbelwelle liegt und gegenüber der Nockenwelle zentriert koaxial mit dieser zu verbinden ist, mit einem zur Nockenwelle (2) drehfesten Innenkörper (110), der von einer zentralen Spannschraube (9) durchsetzt und über diese axial gegen die Nockenwelle (2) verspannbar ist, einem gegen­ über dem Innenkörper (110) verdrehbaren Außenkörper (111), über den die Antriebsverbindung zur Kurbelwelle läuft, einem Aufnah­ meraum (15) zwischen Innenkörper (110) und Außenkörper (111) für hydraulisch beaufschlagbare Stellmittel (13, 14) zur Ver­ drehung des Außenkörpers (111) gegenüber dem Innenkörper (110) und mit einer diesen Stellmitteln (13, 14) zugeordneten Steuer­ einrichtung (5, 7, 8) mit einem als Steuerschieber (8) ausge­ bildeten Mehrwegeventil, das in die Spannschraube (9) inte­ griert ist, die als Gehäuse eine axiale Aufnahme für den zen­ tral liegenden und axial verschiebbaren Steuerschieber (8) bil­ det, dadurch gekennzeichnet, daß die den Innenkörper (110) tragende Spannschraube (9) mit ihrem nockenwellenseitigen Ende in einen axialen Zentrierbund (119) der Nockenwelle (2) eingreift und gegen diese abgestützt ist.

2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkörper (110) und der Außenkörper (111) stirnseitig plan ausgebildet und über Ringdeckel (134, 135) flächig abge­ deckt sind.

3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdeckel (134, 135) radial innen an einen Ringbund der Spannschraube (9) oder an den axialen Zentrierbund (119) der Nockenwelle (2) anschließen.

4. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (8) mit dem Anker (7) eines gehäusefest angeordneten, einen Stellmagneten umfassenden Stellantriebes (5) verbunden ist.