DE4110088C1 - Relative shaft bearing position changing mechanism - has annular coupler with inner and outer toothing linked to axially displaceable piston - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur rela­ tiven Drehlagenänderung einer angetriebenen Welle, insbe­ sondere einer zur Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verstellbaren Nockenwelle der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Bauart.

Eine Vorrichtung dieser Bauart wurde in der EP 02 45 791 A1 vorgeschlagen. Dessen Koppelglied umfaßt zwei axiale Ab­ schnitte von erheblich unterschiedlichen Durchmessern, wobei der Abschnitt von großem Durchmesser des Koppel­ gliedes die radseitige Verzahnung trägt und die wellen­ seitige Verzahnung im Abschnitt von kleinem Durchmesser angeordnet ist. Diese axial versetzte Anordnung von rad- und wellenseitiger Verzahnung am Koppelglied ermöglicht in dem Koppelglied-Abschnitt von großem Durchmesser die Anordnung des Drehgelenkes, das der Verbindung des mit der Nockenwelle drehenden Koppelgliedes mit einer Kuppel­ stange eines drehfixierten Verstellkolbens der Stellein­ richtung dient. Die mit der vorbeschriebenen Anordnung verbundene Gestaltung des wellenseitigen Teiles der be­ kannten Vorrichtung ist aufwendig in Bauraum und Bearbei­ tung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung in ihrem Aufbau bei Beachtung der dynamischen Belastung axial kürzer und einfacher zu gestalten.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Ein beipielsweise aus der US-42 31 330 für sich bekann­ tes, ringförmiges Koppelglied ergibt in der erfindungsge­ mäßen Kombination mit einer drehfest angeordneten Kuppel­ stange und einem diese mit dem Kolben einer Stelleinrich­ tung verbindenden, im Kolben angeordneten Drehgelenk den Vorteil eines axial kürzeren und einfacheren Aufbaues des wellenseitigen Teiles der Vorrichtung zur relativen Drehlagenänderung einer angetriebenen Welle. Weiter er­ möglicht die erfindungsgemäß im Kolben vorgesehene Anord­ nung des Drehgelenkes eine ausschließlich der dynamischen Belastung entsprechende Dimensionierung aller Verzahnun­ gen einschließlich des Koppelgliedes der wellenseitigen Verstellanordnung. Der wellenseitige Aufbau der Vor­ richtung wird somit in der Dimensionierung durch das kol­ benseitig angeordnete Drehgelenk in vorteilhafter Weise nicht beeinflußt.

Einer Vereinfachung des Aufbaues dient ferner die mit der Anordnung des Drehgelenkes ausgestaltete lösbare Verbin­ dung von Kuppelstange/Koppelglied und Stell-Kolben der Stelleinrichtung, wobei die Vereinfachung zusätzlich vor­ teilhaft unterstützt ist durch die Gestaltung des Drehge­ lenkes mit einem an der Kuppelstange lösbar angeordneten Scheibenflansch für Gleit- und Wälzeinrichtungen. Diese Ausgestaltung schafft die im Anspruch 2 beschriebene Mög­ lichkeit, daß die Kuppelstange einen topfförmig gestalte­ ten Endabschnitt aufweist, der mit Innen- und Außenver­ zahnungen versehen das Koppelglied bildet. Erzielt ist damit ein bei geringem Materialaufwand steifes, ein­ stückiges Bauteil aus Koppelglied und Kuppelstange.

Schließlich kann das nach Anspruch 1 im Stell-Kolben an­ geordnete Drehgelenk über seiner aus einer dynamischen Belastung resultierenden Baugröße Anlaß sein, für einen fluidbeaufschlagten Stell-Kolben einen Kolbendurchmesser zu wählen, für den vorteilhafterweise ein relativ geringer Fluiddruck, z. B. bei einer Brennkraftmaschine der Schmieröldruck stromab des Schmierölfilters genügt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 eine den wellenseitigen Teil der Vorrichtung hinsichtlich eines einfachen Aufbaues vorteilhaft unterstützende und in der Herstellung günstige Anordnung beschrieben.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.

In einem abschnittsweise gezeigten Zylinderkopf 1 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine ist zur Betätigung von Gaswechselventilen eine Nockenwelle 2 gelagert, die in ihrer relativen Drehlage zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels einer Vorrich­ tung 3 verstellbar ist. Diese umfaßt ein an der Nocken­ welle 2 drehwinkelbeweglich angeordnetes Antriebsrad 4, das über eine Nabe 5 in einer stirnseitigen Ausnehmung 6 der Nockenwelle 2 drehbeweglich zentriert und über einen axial beabstandeten Anschlagring 7 gehalten ist. Die Nabe 5 weist eine lnnenverzahnung 8 auf, die in axialer Richtung eine Außenverzahnung 9 an einem im Durchmesser kleineren, konzentrischen Zapfen 10 der Nockenwelle 2 im wesentlichen überdeckt. Über einen Dorn 11 ist der Zapfen 10 als gesondertes Bauelement mittels Preßsitz mit der Nockenwelle 2 drehfest verbunden. Ferner weisen die rad- und wellenseitigen Verzahnungen 8 und 9 zueinander axial unterschiedliche Richtungen auf, wobei die rad- bzw. nabenseitige Innenverzahnung 8 eine Schräg- oder Schraubverzahnung und die zapfenseitige Außenverzahnung 9 eine Geradverzahnung sein können.

Ein ringförmiges Koppelglied 12 an einem topfförmig gestalteten Endabschnitt 13 einer Kuppelstange 14 verbin­ det über eine Innenverzahnung 15 und eine Außenverzah­ nung 16 den wellenseitigen Zapfen 10 mit der radseitigen Nabe 5. Eine mittels einer Stelleinrichtung 17 der Vor­ richtung 3 bewirkte axiale Bewegung der Kuppelstange 14 wird in der wellenseitigen Verstellanordnung 18 in eine Drehwinkelbewegung zwischen Antriebsrad 4 und Nocken­ welle 2 zur Drehlagenänderung umgesetzt.

Die Stelleinrichtung 17 umfaßt einen in einem Maschinen­ gehäusedeckel 19 zur Nockenwelle 2 koaxial angeordneten Zylinder 20 mit einem darin durch ein Fluid axial verstellbaren Kolben 21 als Stellelement. Nockenwellen­ seitig ist der Zylinder 20 durch einen Deckel 22 mit einer zentrischen Durchbrechung 23 abgeschlossen. Mit dem Kolben 21 wirkt die zusammen mit dem Koppelglied 12 ein einziges Bauteil bildende Kuppelstange 14 über ein mehrere Freiheitsgrade umfassendes Drehgelenk 24 zusammen.

Das Drehgelenk 24 umfaßt einen mit der Kuppelstange 14 lösbar verbundenen Scheibenflansch 25 und beidseits ange­ ordnete Wälzkörper 26, die während eines Vorganges zur Drehlagenänderung der Nockenwelle 2 relativ zur antrei­ benden Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eine Dreh-Mit­ nahme des Kolbens 21 über die Kuppelstange 14 verhindern.

Weiter dient das Drehgelenk 24 zum Ausgleich von exzen­ trischen Abweichungen in der Vorrichtung 3 zwischen der gehäuseseitigen Stelleinrichtung 17 und wellenseitigen Verstellanordnung 18.

Die Vorrichtung 3 dient vorzugsweise der Steuerung der Drehlagenänderung zwischen zwei Positionen und damit einer sog. Schwarz-Weiß-Schaltung. Hierfür kann als Fluid bei dem relativ großflächigen Kolben 21 Schmieröl aus dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine dienen, das vorzugsweise unmittelbar nach einem Schmierölfilter mit relativ hohem Druck über ein der Stelleinrichtung 17 am Maschinengehäusedeckel 19 angeordnetes elektromagneti­ sches 4-2-Wege-Schaltventil (nicht gezeigt) dem jeweili­ gen Druckraum 27, 28 zugeführt ist. Das Schaltventil ist so ausgeführt, daß bei Druckbeaufschlagung des einen Druckraumes 27 bzw. 28 der jeweils andere 28 bzw. 27 mit einem Ölrücklauf in einen Ölsumpf der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Falle eines Stromausfalls oder bei defektem Elektromagneten wird durch eine im Schaltventil angeordnete Feder die Grundstellung des Hydraulikkolbens erreicht, die in der Zeichnung durch den strichliert dargestellten Kolben 21 in Position I gegeben ist. Bei einer Brennkraftmaschine mit einer gesonderten Auslaß- Nockenwelle und einer gesonderten Einlaß-Nockenwelle 2 ist in Position I zwischen den Nocken eines Zylinders damit die größte Spreizung erreicht. Diese kann sowohl für ein günstiges Start- und Lehrlauf-Verhalten als auch zur Erzielung der maximalen Leistung der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein. Ist jedoch die Position I mit maximaler Spreizung bei einem Start durch hydraulische Verstellung nicht gegeben, so wird diese der Grundstellung entsprechende Position I durch das erforderliche Nockenwellenantriebsmoment über die Schrägverzahnung in der Verstellanordnung 18 erreicht.

Mit der Verlagerung des Kolbens 21 aus Position I in Position II wird die Spreizung zwischen Nocken der Einlaß-Nockenwelle 2 und der nicht gezeigten Auslaß- Nockenwelle reduziert. Die Reduzierung der Nocken- Spreizung dient der Verbesserung des Drehmomentverlaufes in einem mittleren Drehzahlbereich der Brennkraft­ maschine.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur relativen Drehlagenänderung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer zur Kurbel­ welle einer Brennkraftmaschine verstellbaren Nockenwelle,

• - wobei die Welle (Nockenwelle 2) in einem Endbereich ein drehbeweglich zentriertes Antriebsrad (4) trägt, das
• - über rad- und wellenseitige Verzahnungen (8, 9) mit axial unterschiedlichen Richtungen unter Zwischen­ schaltung eines mit diesen Verzahnungen schiebebe­ weglich verbundenen Koppelgliedes (12) drehwinkel­ verstellbar ist, und
• - das axial verstellbare Koppelglied über eine Kuppelstange (14) unter Zwischenschaltung eines mehrere Freiheitsgrade aufweisenden Drehgelenkes (24) mit einer maschinengehäuseseitig angeordneten Stelleinrichtung (17) in Verbindung steht,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein ringförmiges, Innen- und Außenverzahnungen (15, 16) zum Eingriff in sich axial überdeckenden rad- und weilenseitigen Verzahnungen (8, 9) aufwei­ sendes Koppelglied (12) über eine drehfest verbun­ dene Kuppelstange (14) mit einem axial verlagerba­ ren Kolben (21) der Stelleinrichtung (17) über das Drehgelenk (24) in lösbarer Verbindung steht, wobei
• - die mit dem Koppelglied (12) ein Bauteil bildende Kuppelstange (14) stellelementseitig einen lösbar angeordneten Scheibenflansch (25) trägt für beid­ seitig angeordnete Gleit- oder Wälzeinrichtungen (26) des im Kolben (21) angeordneten Drehgelenkes (24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kuppelstange (14) einen topfförmig ge­ stalteten Endabschnitt (13) aufweist, der mit Innen- und Außenverzahnungen (15, 16) versehen das Koppelglied (12) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß das Antriebsrad (4) über den Außenumfang einer die radseitige Verzahnung (8) aufweisenden Nabel (5) in einer stirnseitigen Ausnehmung (6) der Welle (Nockenwelle 2) drehbeweglich zentriert ist, und
• - daß ein die wellenseitige Verzahnung (9) aufweisen­ der Zapfen (10) als gesondertes Bauteil über einen Dorn (11) mit Preßsitz in der Welle (Nockenwelle 2) konzentrisch zur Ausnehmung (6) drehfest zentriert ist.