DE19944535C1 - Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Nockenwellenversteller für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Für einen Nockenwellenversteller von Brennkraftmaschinen wird eine Ausbildung des Steuerschiebers vorgeschlagen, die Stellkräfte auf den Steuerschieber durch das über den Steuerschieber laufende Arbeitsmedium verhindert.
Description
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für Brenn
kraftmaschinen gemäß dem Anspruch 1.
Aus der DE 196 54 926 A1 ist ein im Antrieb einer Nockenwelle
von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine liegender Nocken
wellenversteller bekannt, der koaxial zur Nockenwelle angeord
net ist und der mit der Nockenwelle über eine zentrale Spann
schraube verbunden ist, die ihrerseits als Ventilgehäuse einen
axial verschiebbaren Steuerschieber aufnimmt, über den die Ver
sorgungsanschlüsse des Nockenwellenverstellers stellungsabhän
gig mit den verstellerseitigen Anschlüssen als Verbraucheran
schlüssen zu verbinden sind. Der Verbindungsweg läuft über ei
nen umfangsseitig am Steuerschieber vorgesehenen Ringraum, der
über zwei Ringstege begrenzt ist und der je nach Axialstellung
des Steuerschiebers mit dem druckseiten oder dem rücklaufseiti
gen Versorgungsanschluss verbunden ist. Der Rücklauf führt über
einen gegen den Ringraum axial versetzten, über einen Ringsteg ab
gegrenzten Ringkanal, der seinerseits auf eine zentrale Rück
laufbohrung des Steuerschiebers ausmündet, die auf einen in
Richtung auf die Nockenwelle an die Aufnahmebohrung für den
Steuerschieber anschließenden, durch eine Stirnseite des Steu
erschiebers volumenverhinderlich begrenzten, eine Rückstellfe
der für den Steuerschieber aufnehmenden Raum des Ventilgehäuses
ausmündet. Der in die Nockenwelle eingeschraubte Gewindeteil
der Spannschraube ist axial von einer Rücklaufbohrung durch
setzt, die über eine Querbohrung in der Nockenwelle auf einen
Ölsammelraum ausmündet, der hier durch den Ölsumpf der Brenn
kraftmaschine gebildet ist, mit dem der den Nockenwellenver
steller aufnehmende Kettenkasten der Brennkraftmaschine verbun
den ist.
Derartige Nockenwellenversteller sollen bei möglichst geringen
Stellkräften hohe Verstellgeschwindigkeiten und eine exakte Po
sitionierung ermöglichen, und dies bei möglichst geringem Raum
bedarf, insbesondere auch möglichst kurzer Baulänge. Wesentlich
sind diese Faktoren auch durch die Leitungswege bestimmt, wobei
rücklaufseitig auch der dem Ablauf auf den Ölsammelbehälter
vorgelagerte Leitungsbereich kritisch ist, da über einen etwai
gen Rückstau die Ansprechzeit verändert werden kann und uner
wünschte Schwingungen auftreten können.
Den angesprochenen Problemen kommt erhöhte Bedeutung zu, wenn
der Nockenwellenversteller, wie dies bereits vorgeschlagen wur
de (DE 198 17 319 A1) bezüglich seines druckbeaufschlagten
Stellgliedes nicht einseitig druckbeaufschlagt arbeitet, son
dern zweiseitig druckbeaufschlagt und dementsprechend steuer
seitig nicht mit einem 3/2-Wege, sondern mit einem 4/2-Wege-
Ventil gearbeitet werden muss.
Bezogen auf einen solchen, mit einem 4/2-Wege-Ventil arbeiten
den Nockenwellenversteller zeigt der Anspruch 1 im Hinblick auf
die angesprochenen Probleme einen Lösungsweg auf, bei
dem, unabhängig von der Stellrichtung des Steuerschiebers, Rück
wirkungen des über den Steuerschieber laufenden Arbeitsmediums
auf das Verhalten des Steuerschiebers nahezu völlig vermieden
sind und zudem auch ein vereinfachter Verlauf der Versorgungs
leitungswege erreicht wird, und dies bei vereinfachtem kon
struktivem Aufbau.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es darüber hinaus auch,
die ventilseitige Verbindung an den druckseitigen Versorgungs
anschluss in vorteilhafter Weise in das Ventil zu integrieren,
so dass diesbezüglich keine zusätzlichen Eingriffe in die Noc
kenwelle bzw. die Lagerung der Nockenwelle im Nockenwellenlager
erforderlich sind.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an
hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen mit der Nockenwelle
einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbun
denen Nockenwellenversteller zeigt, der als an sich
bekannter und hier nur angedeuteter Drehsteller aus
gebildet ist, und in
Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung des zentralen Bereiches
von Fig. 1.
Mit 1 ist die Nockenwelle bezeichnet, die im Gehäuse einer
nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine bzw. in deren Zy
linderkopf gelagert ist, wobei in der Figur das einer Stirnwand
2 des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes zugeordnete Lager teil
weise dargestellt und mit 3 bezeichnet ist. Die Nockenwelle 1
ist mit einer zentralen Ölbohrung 4 versehen und trägt in ihrem
über die Stirnwand 2 hinausragenden Endbereich einen Befesti
gungsflansch 5, gegen den der hier nur ausschnittsweise darge
stellte Nockenwellenversteller 6 verspannt und zentriert ist.
In der Darstellung geht die Nockenwelle 1 einstückig in den Be
festigungsflansch über. Im Rahmen der Erfindung ist es aber
selbstverständlich auch möglich, dass der Befestigungsflansch 5
Teil eines Endstückes einer Nockenwelle 1 ist, die als gebaute
Nockenwelle sich in einem Nockenwellenrohr fortsetzt, das die
Nocken in entsprechender Zuordnung trägt.
Vom Nockenwellenversteller 6 ist hier nur der Innenkörper 7
dargestellt, der radial nach aussen ragende Flügel 8 aufweist
und dem ein nicht gezeigter Aussenkörper mit radial nach innen
ragenden Flügeln zugeordnet ist, die in Überdeckung zu den Flü
geln des Innenkörpers 7 liegen und in Verbindung mit den Sei
tenwänden 9 und 10 Arbeitskammern gegeneinander abgrenzen, wel
che durch entsprechende Druckbeaufschlagung wechselseitig in
ihrem Volumen veränderlich sind und dadurch Innenkörper und Au
ssenkörper gegeneinander verdrehen.
Mit dem nicht dargestellten Aussenkörper des Nockenwellenver
stellers 6 ist die Kurbelwelle der nicht weiter dargestellten
Brennkraftmaschine drehfest, beispielsweise durch einen Ketten
trieb verbunden, so dass durch die in Abhängigkeit von der ge
wünschten Verstellrichtung erfolgende Druckbeaufschlagung der
Arbeitskammern und die entsprechende Verdrehung des Innenkör
pers 7 gegenüber dem Aussenkörper die Phasenlage der Nockenwel
le 1 gegenüber der Kurbelwelle verändert werden kann.
Der Innenkörper 7 ist gegen den Flansch 5 der Nockenwelle 1
über eine Spannschraube 11 zentriert und axial verspannt. Die
Spannschraube 11 weist hierzu kopfseitig einen Spannbund 12
auf, der den Innenkörper 7 im radial inneren Bereich übergreift
und an den radial nach aussen die Seitenwand 9 anschliesst.
Weiter durchsetzt die Spannschraube 11 mit ihrem Schaft 13 zen
tral den Innenkörper 7, so dass dieser über den Schaft 13 zen
triert ist. Mit dem vom Spannbund 12 abgelegenen Endbereich
greift der Schaft 13 passend in eine zentrische Aufnahme 14 im
Befestigungsflansch 5 ein. Die Spannschraube 11 greift in Rich
tung auf die Ölbohrung 4 der Nockenwelle 1 in einen als Gewin
debuchse 15 gestalteten Abschnitt der Nockenwelle 1 ein, gegen
den die Spannschraube 11 über ihren in Verlängerung des Schaf
tes 13 liegenden Gewindehals 16 verschraubt ist, dessen Aussen
durchmesser gegenüber dem des Schaftes 13 verringert ist. Der
in den als Gewindebuchse 15 gestalteten Endbereich der Nocken
welle 1 eingeschraubte Gewindehals 16 bildet einen stirnseiti
gen Abschluss der Ölbohrung 4 der Nockenwelle 1 und ist eben
falls zur Nockenwelle 1 konzentrisch.
Die Spannschraube 11 ist über ihren Schaft 13 und den diesem in
Bezug auf den Spannbund 12 vorgelagerten Kopfbereich 17 hohl
ausgebildet und bildet eine zylindrisches Gehäuse 18, das ge
genüberliegend zum Kopfbereich 17 durch einen im Übergang vom
Schaft 13 in den Gewindehals 16 liegenden Boden 19 stirnseitig
geschlossen ist. Das Gehäuse 18 nimmt einen Steuerschieber 20
auf, der mit axial zueinander beabstandeten Ringstegen 21 bis
24 versehen ist, deren Aussendurchmesser den Innendurchmesser
des zylindrischen Gehäuses 18 entspricht. Zwischen aufeinander
folgenden Ringstegen liegen jeweils im Durchmesser zurückgenom
mene Bereiche des Steuerschiebers 20, wobei die Ringstege 21
und 22 axial einen Ringkanal 25, die Ringstege 22 und 23 einen
Ringraum 26 und die Ringstege 23 und 24 einen Ringkanal 27 be
grenzen.
Die Ringkanäle 25 und 27 stehen über radiale Bohrungen 28, 29
mit einer Rücklaufbohrung 30 in Verbindung, die ausgehend vom
rückwärtigen, dem Kopfbereich 17 der Spannschraube 11 gegen
überliegenden Ende des Steuerschiebers 20 in einem Zapfenbe
reich 31 des Steuerschiebers 20 endet, der über den Kopfbereich
17 der Spannschraube 11 hinaus ragt und in seinem Endbereich
den Anker 32 eines als Stellantrieb vorgesehenen Magnetstellers
trägt, dessen Spulenkörper in nicht weiter dargestellter Weise
gegenüber der Abdeckung des Kettenkastens, auf den Anker 32
zentriert ausgerichtet, befestigt ist, wobei der nicht darge
stellte Kettenkasten den Nockenwellenversteller 6 und dessen
Antrieb zur Kurbelwelle aufnimmt.
Die Rücklaufbohrung 30 ist am mit dem Ringsteg 24 auslaufenden
Ende des Steuerschiebers 20 geschlossen, wobei der vorgesehene
Abschluss symbolisch durch eine in die Rücklaufbohrung 30 ein
gedrückte Kugel 33 veranschaulicht ist. Im im Zapfen 31 auslau
fenden geschlossenen Endbereich der Rücklaufbohrung 30 mündet
diese, symbolisiert durch eine Querbohrung 34, auf den Ketten
kasten und damit auf den Ölsammelraum der Brennkraftmaschine
aus, mit dem auch der Kettenkasten in Verbindung steht.
Dem beschriebenen, rücklaufseitigen Versorgungsweg, der im we
sentlichen durch die zentrale Rücklaufbohrung 30 und deren Aus
mündung auf den Ölsammelraum bestimmt ist, entspricht zulauf-,
und damit druckseitig eine zentrale Anschlussbohrung 35, die
sich durch den Hals 16 der Spannschraube 11 bis in den Bereich
von deren Boden 19 erstreckt und an die eine in Richtung der
Fläche des Bodens 19 verlaufende Querbohrung 36 anschliesst,
die sich mit einer im Schaft 13 verlaufenden Längsbohrung 37
schneidet, welche auf eine Radialbohrung 38 im Schaft 13 aus
mündet. Die Bohrungen 35 bis 38 schneiden sich jeweils bezüg
lich ihrer Achsen. Ferner geht die Bohrung 35 von der freien
Stirnseite des Gewindehalses 16 aus, während die Bohrungen 36
und 37 vom Aussenumfang des Schaftes 13 im Bereich des Bodens
19 bzw. von der Aussenseite des Bodens 19 ausgehen (Bohrungsan
satz) und gegen die entsprechenden Aussenflächen offen sind.
Entsprechend ist die Bohrung 38 als Durchgangsbohrung ausgebil
det. Für die Bohrung 38 ergibt sich radial nach aussen ein
dichtender Abschluss durch den überdeckenden Innenkörper 7 die
offenen den Bohrungsansatz bildenden Enden der Bohrungen 36 und
37 liegen im Bereich der Überdeckung des Schaftes 13 zur Auf
nahme 14 im Befestigungsflansch 5, wobei durch den Passsitz des
Schaftes 13 in der Aufnahme 14 ein hinreichend dichter Ab
schluss des ringförmigen Eckbereiches erreicht wird, der durch
den Gewindehals 16 im Übergang zum Boden 19 radial innen und
den Befestigungsflansch 5 radial aussen begrenzt ist. Der durch
den Boden 19 geschlossene, stirnseitige Endbereich des Gehäuses
18 ist an eine Entlüftungsbohrung 39 angeschlossen, die radial
auf einen im Übergang des Innenkörpers 7 zum Befestigungs
flansch 5 liegenden, stirnseitigen Ringkanal 40 im Innenkörper
7 ausmündet, der einen Entlüftungsanschluss 41 aufweist, der
zwischen Innenkörper 7 und Befestigungsflansch 5 auf den Ket
tenkasten ausläuft.
Im zylindrischen, durch die Spannschraube 11 gebildeten Gehäuse
18 sind axial zueinander beabstandete verstellerseitige An
schlüsse 42 und 43 vorgesehen, die jeweils durch Radialbohrun
gen gebildet sind und zu denen Ringkanäle 44 und 45 im Innen
körper 7 korrespondieren, über die die nicht gezeigten, zwi
schen Innenkörper und nicht gezeigtem Aussenkörper liegenden
Arbeitskammern versorgt werden.
Bezogen auf die dargestellte Endlage des Steuerschiebers 20,
auf die dieser über die Feder 46 belastet ist, sind die mit der
Ringkammer 45 verbundenen, nicht gezeigten Arbeitskammern
druckbeaufschlagt, während die mit der Ringkammer 44 verbunde
nen Arbeitskammern an den Rücklauf auf die Ölsammelkammer ange
schlossen sind. Der Ringraum 26 ist dementsprechend mit der
Druckquelle verbunden und stellt die Verbindung zwischen der
Radialbohrung 38 als Teil des versorgungsseitgen Anschlusses
und der Bohrung 43 als Teil des verstellseitigen Anschlusses
dar. Die Ringkanäle 25 und 27 sind aufgrund ihrer über die Boh
rungen 28 und 29 erfolgenden Verbindung zur Rücklaufbohrung 30
beide weitgehend drucklos, in jedem Fall aber dem gleichen
Druck unterworfen, sofern sich ein entsprechender Staudruck
beim Entleeren der mit dem verstellseitigen Anschluss 42 ver
bundenen Arbeitskammern kurzzeitig aufbauen sollte, so dass
Druckschwankungen, sei es zulaufseitig oder ablaufseitig ohne
Einfluss auf den Steuerschieber 20 und die zur Verstellung des
Steuerschiebers 20 notwendigen Stellkräfte bleiben. Dies gilt
auch, wenn der Steuerschieber 20 aus der gezeigten Stellung -
in der Zeichnung nach links - über den Anker 32 in eine Sperr
stellung, in der die Ringstege 22 und 23 in Überdeckung zu den
Anschlüssen 42 und 43 liegen, oder darüber hinaus in eine Um
steuerstellung verschoben wird, in der der Ringraum 26 in Über
deckung zum Anschluss 42 liegt und der Anschluss 43 zum Ringka
nal 27 korrespondiert.
Abgesehen davon, das die jeweils korrespondierende Beaufschla
gung der Ringkanäle 25 und 27 druckabhängige Stellkräfte auf
den Steuerschieber 20 ausschliesst, ermöglicht der zentrale,
durch die Rücklaufbohrung 30 gebildete ablaufseitige Versor
gungsanschluss ein direktes Abströmen bei einem relativ großen
Abströmquerschnitt, wobei die Größe dieses Abströmquerschnittes
auf die Baulänge des Nockenwellenverstellers praktisch ohne
Einfluss bleibt und insbesondere auch einfach herzustellen ist.
Auch die Bohrungsführung im druckseitigen Anschlussweg macht
Eingriffe in die Nockenwelle als solche nicht erforderlich und
ermöglicht sogar die Verlegung der entsprechenden Anschlusswege
in das durch die Spannschraube 11 gebildete Gehäuse 18 für den
Steuerschieber 20, so dass dies eine einbaufertige Einheit bil
det, die aufgrund des passdichten Einsatzes zum Innenkörper 7
bzw. zur Aufnahme 14 den Verzicht auf besondere Dichtungsmass
nahmen möglich macht.
Insgesamt lassen sich bei der erfindungsgemäßen Lösung hohe
Drücke und große Volumenströme ohne negative Auswirkungen auf
die Verstellgenauigkeiten des Steuerschiebers und der für die
sen notwendigen Stellkräfte beherrschen, so dass gegebenenfalls
auch im Hinblick auf möglichst kleine Gesamtabmessungen kleine
re Bohrungs- und Kanalquerschnitte in Kauf genommen werden kön
nen, und eine sehr feine Einstellung des geschilderten, erfin
dungsgemäßen 4/2-Wege-Proportionalventiles möglich ist.
Claims (8)
1. Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine, der im
Antrieb einer Kurbelwelle für eine Nockenwelle (1) liegt und
gegenüber der Nockenwelle (1) zentriert koaxial über eine
Spannschraube (11) zu fixieren ist, die als Ventilgehäuse (18)
eines 4/2-Proportionalventiles eine axiale Aufnahme für einen
zentral liegenden und axial verschiebbaren Steuerschieber (20)
bildet, der über einen Stellantrieb beaufschlagbar ist und dem
zwei axial beabstandete, verstellerseitige Anschlüsse (42, 43)
im Ventilgehäuse (18) zugeordnet sind, die in Abhängigkeit von
der Betätigungsstellung des Steuerschiebers (20) mit dem druck
seitigen Versorgungsanschluss zu verbinden sind, der über eine
Querverbindung (38) im Ventilgehäuse (18) auf einen Ringraum
(26) des Steuerschiebers (20) ausmündet, der über zwei Ringste
ge (22, 23) des Steuerschiebers (20) axial begrenzt ist, über
die die verstellerseitigen Gehäuseanschlüsse (42, 43) absteuer
bar sind, wobei der jeweils gegen die Druckseite abgesteuerte,
verstellerseitige Gehäuseanschluss (42 bzw. 43) mit dem rück
laufseitigen Versorgungsanschluss verbunden ist, der jeweils im
axial auf die einander abgewandten Seiten der Ringstege (22,
23) folgenden Bereich zu einer zentralen, im Steuerschieber
(20) verlaufenden Rücklaufbohrung (30) eine Verbindung auf
weist, die über einen umfangsseitig am Steuerschieber (20) vor
gesehenen, beiderseits durch Ringstege (21, 22 bzw. 23, 24) be
grenzten Ringkanal (25, 27) verläuft, der an die in ihrem von
der Nockenwelle (1) abgelegenen Endbereich auf einen Ölsammel
raum ausmündete Rücklaufbohrung (30) angeschlossen ist.
2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Anschluss des Ringkanales (25, 27) an die Rücklauf
bohrung (30) über eine Querbohrung (28, 29) erfolgt.
3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zentrale Rücklaufbohrung (30) gegen das nockenwellen
seitige Ende des Steuerschiebers (20) geschlossen ist.
4. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass das nockenwellenseitige Ende des Steuerschiebers (20)
durch den den Ringkanal (27) begrenzenden Ringsteg (24) gebil
det ist und dass der über diesen Ringsteg (24) begrenzten End
bereich des Gehäuses (18) des Steuerschiebers (20) einen Lecka
geanschluss aufweist.
5. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannschraube (11) in ihrem nockenwellenseitigen End
bereich eine zentrale Anschlussbohrung (35) als druckseitigen
Versorgungsanschluss aufweist, der auf eine der Nockenwelle (1)
zugeordnete, zentrale Ölversorgungsbohrung (4) ausmündet.
6. Nockenwellenversteller nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zentrale Anschlussbohrung (35) durch in der Spann
schraube (11) verlaufende Bohrungen (35, 36, 38) an den Rin
graum (26) angeschlossen ist.
7. Nockenwellenversteller nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass von den in der Spannschraube (11) verlaufenden Bohrungen
(36, 37) einzelne einen der Außenfläche der Spannschraube (11)
zugeordneten Bohrungsansatz aufweisen und dass der Bohrungsan
satz in Überdeckung zur Aufnahme (14) im Befestigungsflansch
(5) der Nockenwelle (1) liegt.
8. Nockenwellenversteller nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannschraube (11) passend zumindest gegenüber dem of
fenen Endbereich der Aufnahme (14) abgestützt ist und die Auf
nahme (14) abschließt.
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