DE19856318B4 - Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine Download PDFInfo
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-
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Abstract
– einem Antriebsrad (2), das drehwinkelbeweglich mit der Welle verbunden ist,
– einem Verstellelement (3) zur Drehwinkelverstellung des Antriebsrades (2) gegenüber der Welle mit Kammern zur wechselseitigen Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Verstellelementes und
– zumindest einem Verriegelungselement zur lösbaren Arretierung des Antriebsrades (2) in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Welle, wobei bei der Entriegelung der Verriegelungselementes eine Entlüftung über eine Entlüftungsleitung (4) erfolgt,
– dadurch gekennzeichnet,
– daß die Entlüftungsleitung (4) mit einer zum Zeitpunkt der Entriegelung weitestgehend drucklosen Kammer (5) des Verstellelementes (3) verbunden ist.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem Antriebsrad, das drehwinkelbeweglich mit der Welle verbunden ist, einem Verstellelement zur Drehwinkelverstellung des Antriebsrades gegenüber der Welle mit Kammern zur wechselseitigen Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Verstellelementes und einem bei Entriegelung entlüftbaren Verriegelungselement zur lösbaren Arretierung des Antriebsrades in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Welle.
- Hintergrund der Erfindung
- Eine Stellvorrichtung gemäß der vorgenannten Gattung wird häufig als kettengetriebener Radialkolbenversteller ausgeführt, der unter einer separaten Kettentriebabdeckung angeordnet ist. Die Entlüftung des Verriegelungselementes kann bei derartigen Stellvorrichtungen in den abgedichteten Zylinderkopf und von dort in die Ölwanne erfolgen, ohne daß Hydrauliköl in die Umwelt freigesetzt wird.
- Die
DE 196 30 174 A1 zeigte eine derartige Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Welle relativ zu einem Antriebsrad. Die Vorrichtung weist einen Grundkörper, der mit der Welle drehfest verbunden ist, sowie einen Verzahnungsträger auf, der mit dem Antriebsrad drehfest verbindbar ist. Der Verzahnungsträger ist als Ketten- oder Zahnriemenrad ausgeführt. - Der Grundkörper weist in radialem Abstand zur Drehachse der Vorrichtung eine zylindrische Aufnahme für ein Arretiersteckelement auf. Das Arretiersteckelement ist als zylindrischer Kolben ausgebildet, an dessen dem Verzahnungsträger zugewandten Stirnseite ein Arretierstift zentrisch angeordnet ist, dessen Durchmesser geringer als der des Kolbens ist. An der dem Verzahnungsträger abgewandten Seite des Kolbens liegt ein Ende einer Druckfeder an, deren anderes Ende gegen eine Rückplatte anliegt, die ihrerseits durch einen Sicherungsring in der Aufnahme gehaltert ist. Die Druckfeder ist auf Druck vorgespannt und übt somit auf den Kolben eine Druckkraft in Wellenlängsrichtung, d. h. in Richtung der Drehachse, aus.
- Der Verzahnungsabschnitt weist eine Arretierausnehmung auf, die in Grundstellung mit dem Arretierstift des Arretiersteckelementes fluchtet. Der Innendurchmesser dieser Arretierausnehmung ist so ausgelegt, dass sie den Arretierstift möglichst spielfrei aufnehmen kann.
- In der Rückplatte ist eine zentrische Öffnung angeordnet, durch die Leckageöl in die Umgebung abgegeben werden kann.
- In den
DE 697 12 992 T2 ,DE 697 13 995 T2 undDE 697 31 012 T2 , sind weitere Vorrichtungen offenbart, die ebenfalls eine Arretiervorrichtung aufweisen. Diese Vorrichtungen weisen einen inneren und einen äußeren Rotor auf. Dabei ist der innere Rotor starr auf einer drehbaren Welle und der äußere Rotor drehbar auf dem inneren Rotor montiert. In dem äußeren Rotor ist eine Aufnahmebohrungen ausgebildet, in dem ein Arretierstift angeordnet ist. Die Aufnahmenbohrung erstreckt sich ausgehend von einer äußeren Mantelfläche des äußeren Rotors radial nach innen. Die Aufnahmebohrung hat eine stufenförmige Ausführung und ist an seinem radial innersten Ende kleiner ausgebildet als die radial äußere Öffnung. Die radial äußere Öffnung der Rückführungsbohrung ist mit einem Halter bedeckt, der eine zentrale Bohrung aufweist, die zur Entlüftung von Leckageöl zur Umgebung dient. - Bei nicht abgekapselten riemengetriebenen Stellvorrichtungen würde eine derartige Entlüftung des Verriegelungselementes dazu führen, daß das Öl direkt in die Umwelt gelangt.
- Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere riemengetriebene Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, zu schaffen, bei der auch ohne Abdichtung oder Kapselung der Stellvorrichtung eine Freisetzung von Hydrauliköl bei der Entlüftung des Verriegelungselementes vermieden wird.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Diese und weitere Aufgaben, die sich unter anderem auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung ergeben, werden dadurch gelöst, daß die Entlüftungsleitung bei einer Entriegelung des Verriegelungselementes mit einer zum Zeitpunkt der Entriegelung weitestgehend drucklosen Kammer des Verstellelementes der Stellvorrichtung verbunden ist.
- Bei einer Betätigung des Verriegelungselementes zur Entriegelung der Arretierung zwischen Antriebsrad und Verstellelement, z. B. nach dem Start der Brennkraftmaschine, wird das Verriegelungselement in seiner Position verschoben und/oder geschwenkt, wobei das drainageseitige Ölvolumen des Verriegelungselementes über die Entlüftungsleitung in eine zum Zeitpunkt der Entriegelung des Verriegelungselementes drucklose Kammer der Stellvorrichtung abgeführt wird. Unabhängig vom Arbeitsprinzip der Stellvorrichtung (Axialkolben- oder Radialkolbenversteller) und von der Anzahl der vorhandenen Kammern zur wechselseitigen Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit wird das zu entlüftende Ölvolumen oder Ölpolster über die Entlüftungsleitung erfindungsgemäß einer oder der gerade drucklosen Kammer zugeführt.
- Beim Start einer Brennkraftmaschine ist es aus technischen Gründen oftmals notwendig, daß über das arretierte Verriegelungselement eine definierte Winkelstellung des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle sichergestellt ist. Nach erfolgten Motorstart kann das Verriegelungselement entriegelt werden und in eine oder die drucklose Kammer der Stellvorrichtung entlüftet werden. Anschließend kann das Verstellelement der Verstellvorrichtung zur Einstellung verschiedener Winkelstellungen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle betätigt werden, während sich das Verriegelungselement in einer entriegelten und entlüfteten Position befindet.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verriegelungselement als Stift, Formstift, Flügelelement, Dichtleiste oder Dichtrolle ausgebildet sein, je nach dem, welches Prinzip der Stellvorrichtung (Axialkolben- oder Radialkolbenversteller) verwirklicht wird. Unabhängig von der konstruktiven Ausbildung des Verriegelungselementes erfolgt stets eine Entlüftung in eine drucklose Kammer des Verstellelementes. Durch geeignete Bohrungen oder Nuten kann eine Verbindung der drainageseitigen Abschlußfläche des Verriegelungselementes über die Entlüftungsleitung mit der drucklosen Kammer des Verstellelementes stattfinden.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Entlüftungsleitung eine radial verlaufende Bohrung aufweisen, wodurch eine direkte Verbindung des drainageseitigen Bereiches des Verriegelungselementes mit einer benachbarten drucklosen Kammer realisiert werden kann. Bei einer Entlüftungsleitung mit radial verlaufender Bohrung können beim startenden oder laufenden Motor aufgrund der Rotation des Antriebsrades auftretende Fliehkräfte genutzt werden, um die zu entlüftende Hydraulikflüssigkeit vom drainageseitigen Bereich des Verriegelungselementes in eine in radialer Richtung angeordnete drucklose Kammer des Verstellelementes zu entlüften.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Entlüftungsleitung einen axial verlaufenden Bohrungsabschnitt bzw. weist eine axial verlaufende Bohrung auf. Hierdurch kann bei einem bei der Betätigung axial verschobenen Verriegelungselement eine Entlüftung ohne Umlenkung der Hydraulikflüssigkeit stattfinden.
- Die Entlüftungsleitung kann auch aus mehreren axial und radial verlaufenden Bohrungsabschnitten bestehen, die vom drainageseitigen Bereich des Verriegelungselementes zur drucklosen Kammer des Verstellelementes führen. Dabei kann die Entlüftungsleitung auch einen Abschnitt aufweisen, der über eine Ausnehmung des Verstellelementes führt, in welcher der Schraubenkopf der Zentralschraube zur Befestigung des Verstellelementes an der Nockenwelle aufgenommen ist. Die Entlüftungsleitung führt dabei ausgehend von der drainageseitigen Abschlußfläche des Verriegelungselementes über die Ausnehmung zur Aufnahme des Schraubenkopfes zur drucklosen Kammer des Verstellelementes.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch die frontseitige Abdeckwand des Verstellelementes Bohrungsabschnitte aufweisen und zumindest einen Teil der Entlüftungsleitung beinhalten.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Entlüftungsleitung ein Rückschlagventil vorhanden, um bei einem Druckaufbau in der anfangs drucklosen Kammer eine Rückübertragung von Hydraulikflüssigkeit in den drainageseitigen Abschlußbereich des Verriegelungselementes zu unterbinden. Hierdurch wird sichergestellt, daß ein Transport von Hydraulikflüssigkeit allein in der gewünschten Entlüftungsrichtung d. h. von der drainageseitigen Abschlußfläche des Verriegelungselementes in Richtung der druck-losen Kammer des Verstellelementes stattfindet.
- Eine besonders kompakte Bauform der Stellvorrichtung kann realisiert werden, wenn das Antriebsrad und das Verstellelement eine integrierte Baueinheit bil den, indem z. B. das Verstellelement im radialen Innenbereich des Antriebsrads angeordnet wird. Eine derartige integrierte Stellvorrichtung kann mittels Zentralschraube besonders einfach und zügig an einer Vielzahl von Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen angebracht werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend bevorzugte Beispiele beschrieben. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung mit einer radial verlaufenden Entlüftungsleitung, -
2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung mit einer Entlüftungsleitung mit axial verlaufendem Bohrungsabschnitt und -
3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung mit einer Entlüftungsleitung mit Rückschlagventil. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine aus dem Verstellelement3 und dem Antriebsrad2 bestehende Stellvorrichtung, die über eine Zentralschraube11 an der im Zylinderkopf16 einer Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle1 befestigt ist. Das Verstellelement3 umfaßt einen als axial verschiebbares Verriegelungselement ausgebildeten Stift6 , der in der abgebildeten Verriegelungsposition das Antriebsrad2 in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Nockenwelle1 arretiert. - Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird der Stift
6 durch axiale Verschiebung in Richtung der Wand13 entriegelt um eine gewünschte Verstellung der Winkelstellung des Antriebsrades2 gegenüber der Nockenwelle1 zur Einstellung gewünschter Steuerzeiten zu erreichen. Bei der Entriegelung des Stiftes6 bewegt sich letzterer mit seiner Abschlußfläche15 in den drainageseitigen Be reich22 , wodurch das dort befindliche Ölvolumen oder Ölposter über die als radiale Bohrung7 ausgebildete Entlüftungsleitung4 in die zum Betätigungszeitpunkt des Stiftes6 drucklose Kammer5 entlüftet wird. Das entlüftete Ölvolumen verbleibt in der Stellvorrichtung bzw. im Zylinderkopf oder in der Ölwanne und wird nicht an die Umwelt abgegeben. - Das Antriebsrad
2 ist mit Bohrungen18 des Antriebsrades2 durchgreifende und in Gewinde19 des Flansches21 des Verstellelementes3 eingreifende Befestigungsschrauben17 am Verstellelement befestigt. Über die Zentralschraube11 ist die gesamte Stellvorrichtung an der Nockenwelle1 befestigt, wobei der Schraubenkopf10 der Zentralschraube11 in der Ausnehmung9 des Verstellelementes3 aufgenommen ist. - Aus den
2 und3 gehen alternative Ausführungsformen der Erfindung hervor. Bereits im Zusammenhang mit1 angeführte Bezugszeichen werden nicht nochmals erläutert. - Im Ausführungsbeispiel nach
2 besitzt die Entlüftungsleitung4 eine axial verlaufenden Bohrung8 und eine in der Wand13 des Verstellelementes3 angebrachte Aussparung12 , welche in die drucklose Kammer5 oder eine weitere nicht abgebildete drucklose Kammer der Stellvorrichtung bzw. in die Ausnehmung9 zur Aufnahme des Schraubenkopfes10 der Zentralschraube11 führt. - Die Stellvorrichtung nach
3 besitzt eine Entlüftungsleitung4 mit einer axial verlaufenden Bohrung8 und einer radial verlaufenden Nut7a , welche in die Ausnehmung9 zur Aufnahme des Schraubenkopfes10 der Zentralschraube11 mündet. Ausgehend von der Ausnehmung9 wird das entlüftete Ölvolumen der drucklosen Kammer5 oder einer weiteren nicht abgebildeten Kammer der Stellvorrichtung bzw. dem Zylinderkopf16 oder der Ölwanne zugeführt. Über das in der Entlüftungsleitung4 angeordnete Rückschlagventil14 wird vermieden, daß bei einer während des Betriebes des Verstellelementes3 auftretenden Druckbeaufschlagung der anfangs drucklosen Kammer5 bzw. der Ausnehmung9 Hydraulikflüssigkeit von der Kammer5 bzw. von der Ausnehmung9 über die Entlüftungsleitung4 entgegen der ursprünglichen Entlüftungsrichtung dem drainageseitigen Bereich22 und der Abschlußfläche15 des Stiftes6 zugeführt wird, wodurch der Stift6 gegen die Stirnfläche20 des Flansches21 des Verstellelementes3 gedrückt würde. Mit dem Rückschlagventil14 wird erreicht, daß ein Transport von Hydraulikflüssigkeit nur in Entlüftungsrichtung, d. h. ausgehend vom drainageseitigen Bereich22 des Stiftes6 über die Entlüftungsleitung4 in Richtung der oder einer drucklosen Kammer5 stattfinden kann. - Die abgebildeten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Radialkolbenversteller in Flügelzellenbauweise. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung analog auf sämtliche Radialkolbenversteller sowie auch Versteller nach dem Axialkolbenprinzip anwendbar. In jeder Ausführungsform ist der drainageseitige Bereich
22 des Verriegelungselementes über die Entlüftungsleitung4 mit einer oder der drucklosen Kammer der jeweiligen Stellvorrichtung verbunden. -
- 1
- Nockenwelle
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Verstellelement
- 4
- Entlüftungsleitung
- 5
- Kammer
- 6
- Stift
- 7
- Bohrung
- 7a
- Nut
- 8
- Bohrung
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Schraubenkopf
- 11
- Zentralschraube
- 12
- Aussparung
- 13
- Wand
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Abschlußfläche
- 16
- Zylinderkopf
- 17
- Befestigungsschraube
- 18
- Bohrung
- 19
- Gewinde
- 20
- Stirnfläche
- 21
- Flansch
- 22
- drainageseitiger Bereich
Claims (10)
- Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle (
1 ) einer Brennkraftmaschine, mit – einem Antriebsrad (2 ), das drehwinkelbeweglich mit der Welle verbunden ist, – einem Verstellelement (3 ) zur Drehwinkelverstellung des Antriebsrades (2 ) gegenüber der Welle mit Kammern zur wechselseitigen Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Verstellelementes und – zumindest einem Verriegelungselement zur lösbaren Arretierung des Antriebsrades (2 ) in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Welle, wobei bei der Entriegelung der Verriegelungselementes eine Entlüftung über eine Entlüftungsleitung (4 ) erfolgt, – dadurch gekennzeichnet, – daß die Entlüftungsleitung (4 ) mit einer zum Zeitpunkt der Entriegelung weitestgehend drucklosen Kammer (5 ) des Verstellelementes (3 ) verbunden ist. - Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement als Stift (
6 ), Formstift, Flügelelement, Dichtleiste oder Dichtrolle ausgebildet ist. - Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (
4 ) eine radial verlaufende Bohrung (7 ) oder Nut (7a ) aufweist. - Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die Bohrung (
7 ) oder die Nut (7a ) eine Entlüftung des Verriegelungselementes über bei der Rotation des Antriebsrades (2 ) auf die Hydraulikflüssigkeit wirkende Fliehkräfte erfolgt. - Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (
4 ) eine axial verlaufende Bohrung (8 ) aufweist. - Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (
4 ) über eine Ausnehmung (9 ) zur Aufnahme des Schraubenkopfes (10 ) der Zentralschraube (11 ) zur drucklosen Kammer (5 ) verläuft. - Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (
4 ) über eine Aussparung (12 ) in der Deckwand (13 ) der Stellvorrichtung zur drucklosen Kammer (5 ) verläuft. - Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (
4 ) oder die sich anschließenden Abschnitte (7 ,7a ,8 ,12 ) ein Rückschlagventil (14 ) zur Unterdrückung einer Übertragung von Hydraulikflüssigkeit auf der drainageseitigen Abschlußfläche (15 ) des Verriegelungselementes bei einer Druckbeaufschlagung der Kammer (5 ) aufweist. - Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (
2 ) und das Verstellelement (3 ) eine integrierte Baueinheit bilden. - Stellvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung mittels einer Zentralschraube (
11 ) am Zylinderkopf (16 ) anbringbar ist.
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