DE9402571U1 - Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle - Google Patents
Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer NockenwelleInfo
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Description
ANR 17 17 332
2565-11-DE
Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung
zwischen wenigstens zwei diskreten Schaltpunkten für zumindest in mittelbarer Antriebsverbindung zueinander stehende und koaxial zueinander
angeordnete Antriebselemente, wie eine von einem Antriebsrad angetriebene Nockenwelle für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine,
bei der zwischen beiden Elementen wahlweise beaufschlagbare Freilaufmittel
vorgesehen sind, deren Schaltung unter Ausnutzung der Drehungleichförmigkeit der Nockenwelle die relative Winkelverstellung
dieser ermöglicht, wobei die Freilaufmittel über zumindest eine in
Nockenwellenrichtung fluchtende, druckbeaufschlagbare Stellvorrichtung
schaltbar sind.
Derartige Verstellvorrichtungen zur Phasenverschiebung erweisen sich
für moderne Verbrennungskraftmaschinen als sinnvoll, da durch eine betriebszustandsabhängige Winkelverstellung der Nockenwelle eine
Optimierung von Nennleistung, Drehmoment, Abgasemission und Verbrauch am befeuerten Motor festzustellen ist. Eine Anwendung finden derartige
Vorrichtungen an Ein- und Mehrnockenwellentrieben, wobei bei Mehrnockenwellentrieben
wahlweise nur einer Ein- oder einer Auslaßnockenwelle oder beiden je eine Verstellvorrichtung zugeordnet sein kann. So
ist aus der DE-A 39 42 052 eine Verstellvorrichtung vorbekannt, bei
der über einen schaltbaren Freilauf eine relative Winkelverstellung der Nockenwelle in bezug auf ein sie treibendes Antriebsrad erzielbar
ist. Von Nachteil bei dieser Vorrichtung ist es, daß sie aus einer Vielzahl von nicht normierten Einzelteilen besteht, was sich negativ
auf den Fertigungsaufwand und die Kosten auswirkt. Des weiteren ist die aus der älteren Druckschrift vorbekannte Einrichtung relativ
kompliziert aufgebaut und weist ein aufwendiges Hydrauliksystem auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und die insbesondere einfach und aus relativ
wenigen Teilen aufgebaut ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Freilaufmittel aus zwei separaten,
gegenläufig sperrenden Frei laufen bestehen, die koaxial zur Nockenwelle
angeordnet und drehfest mit dieser verbunden sind, wobei in Nockenwellenrichtung
gesehen zwischen diesen die Stellvorrichtung angeordnet ist, die einerseits mit dem Antriebsrad zumindest mittelbar in drehfester
Verbindung steht und andererseits wahlweise mit einem Außenring eines Freilaufes koppelbar ist. Durch diese Ausgestaltung ist eine
einfach aufgebaute und sicherwirkende Verstellvorrichtung geschaffen.
Als Freilaufmittel sind die an sich bekannten Hülsenfrei laufe denkbar.
Durch diese Wahl entfällt zum einen der beim Stand der Technik verwendete, aufwendig zu betätigende Verstellmechanismus für den dort
verwendeten schaltbaren Freilauf. Zum anderen kann die gesamte Konstruktion relativ schmalbauend und gewichtsoptimiert ausgelegt werden.
Auch ist durch die rein mechanische Beaufschlagung der betreffenden
Frei laufe im Inneren der Vorrichtung das bei den vorbekannten Verstelleinrichtungen
verwendete aufwendige Hydrauliksystem eliminiert.
Die Ansprüche 2 und 3 beschreiben in Ausgestaltung der Erfindung eine
vorteilhafte Ausbildung und Anordnung der die Schaltung der Frei laufe
bewirkenden Stellvorrichtung, wobei auch denkbar wäre, mit dieser Stellvorrichtung nur einen bekannten schaltbaren Freilauf zu beaufschlagen.
Anstatt der Stirnverzahnungen können auch Bolzen-Bohrung-Verbindungen oder ähnliche Form- und/oder kraftschlüssige Koppelmechanismen
vorgesehen sein. Denkbar wäre es auch, die Frei laufe axial verschieb!ich zu gestalten und die bisherige Stellvorrichtung lediglich
als Koppelglied zur Nockenwelle zu benutzen. Des weiteren wäre es auch denkbar, anstatt der Geradverzahnung des Ringteils an seinem
Außenmantel eine Feder-Nut-Verbindung o. ä. zu applizieren.
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An dem in einem weiteren Unteranspruch beschriebenen Außenring des
jeweiligen Frei laufs ist mit einfachen Mitteln das komplementäre
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Eingriffsprofil zu dem des Ringteils anzuordnen. Denkbar wäre es
jedoch auch, den Außenring des jeweiligen Frei!aufs einteilig mit
entsprechender Dicke herzustellen bzw. lediglich einen Ring mit dem entsprechenden Eingriffsprofil auf dem Außenring des Frei laufs nahe
seiner Stirnseite zu befestigen.
Der Kunststoffring nach Anspruch 5 dient als Distanz- und Dichtelement.
Zugleich garantiert er ein reibungsarmes Verdrehen des Außenrings des nicht gekoppelten Frei laufs zu seiner Umgebungskonstruktion.
Durch die hohl gebohrte Nockenwelle, in deren Bohrung ein Verstellkolben
mit Schiebeteil angeordnet ist, ist eine einfache und raumsparende Beaufschlagungsmöglichkeit für das Ringteil vorgeschlagen,
wobei zugleich ein lediglich kleiner Versteilhub des Kolbens hergestellt
ist.
Durch eine sektorförmige Ausbildung der Aussparung der Nockenwelle für
das Schiebeteil, hier als Bolzen ausgebildet, sind Anschläge für eine Maximal verstellung der Nockenwelle in bezug auf das Antriebsrad geschaffen,
d. h. der Grad der Relativverstellung ist durch die Wahl der
Größe des Öffnungswinkels der Aussparung determiniert.
Schließlich beschreiben die Ansprüche 9 bis 12 eine vorteilhafte Beaufschlagungsform des Verstellkolbens, wobei eine Beaufschlagung
auch elektrisch, elektromagnetisch oder auch rein mechanisch denkbar wäre. Vorgesehen kann auch eine stirnseitig applizierte, hydraulische
Verstellvorrichtung sein, welche mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine
kommuniziert.
Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche beschränkt.
Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationsmöglichkeiten
einzelner Anspruchsmerkmale und Kombinationsmöglichkeiten einzelner
Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel
Offenbarten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.
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So zeigt die einzige Figur eine Vorrichtung 1 zur relativen Winkelverstellung
einer Nockenwelle 2 in bezug auf ein mit ihr in trieb!icher
Verbindung stehendes Antriebsrad 3. Hierzu ist ein stirnseitiger Endbereich 4 der Nockenwelle 2 konzentrisch von einem Ring 5 umschlossen,
welcher drehfest mit dem Antriebsrad 3 verbunden ist. Eine Bohrung 6 des Ringes 5 weist abschnittsweise eine Innenverzahnung 7 auf,
welche mit einer komplementären Geradverzahnung 8 einer die Nockenwelle 2 umschließenden Stellvorrichtung 9, hier als Ringteil ausgebildet,
zusammenwirkt. Stirnseitig des Ringteils ist die Nockenwelle 2 drehfest mit zwei Frei laufen 10, 11 verbunden, welche gegenläufig sperrend
ausgelegt sind. Ein Außenring 12 des jeweiligen Freilaufs 10, 11 ist
zweiteilig ausgelegt. Ein dünnwandiger, innerer Ring 13 ist hierbei als eigentlicher Bestandteil des Freilaufs 10, 11 hergestellt und von
einem relativ dickwandigen, äußeren Ring 14 umschlossen. Ein Kunststoffring 14a mit Ausgleichs- und Dichtfunktion umschließt eine Außenmantelfläche
14b des äußeren Ringes 14 des jeweiligen Frei laufs 10, 11 und verläuft an einer Innenmantelfläche 14c des die Vorrichtung 1
umschließenden Ringes 5. In Axialrichtung nach innen betrachtet,
weisen die Stirnseiten 15 des äußeren Ringes 14 ein als Stirnverzahnung ausgebildetes Eingriffsprofil 16 auf. Beide Stirnseiten 15a des
Ringteiles 9 sind mit einem hierzu komplementären Eingriffsprofil 17
ausgebildet, welches wahlweise, wie nachfolgend beschrieben, mit der Stirnverzahnung 16 eines der Frei laufe 10 oder 11 in Eingriff bringbar
ist.
Das Ringteil 9 ist mit einer Radialbohrung 18 versehen, welche in etwa
mittig zu dessen Längsmittelebene verläuft. In dieser Radialbohrung 18 ist ein Schiebeteil 19, hier als Bolzen ausgebildet, befestigt. Der
stirnseitige Endbereich 4 der Nockenwelle 2 weist eine zentrische Bohrung 20 auf. In dieser Bohrung 20 ist ein axial beweglicher Verstellkolben
21 appliziert. Im Bereich des Ringteils 9 weist der Verstellkolben
21 eine orthogonal verlaufende Bohrung 22 auf, welche von dem Schiebeteil 19 durchstoßen ist. Der Bereich der Nockenwelle 2,
welcher von dem Schiebeteil 19 durchstoßen ist, ist als sektorförmige Aussparung 23 hergestellt, durch deren Schenkel 24 der maximale relative
Verdrehwinkel der Nockenwelle 2 in bezug auf das Antriebsrad 3 bestimmt ist.
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Dem Verstellkolben 21 stirnseitig vorgeordnet und mit diesem verbunden
ist eine hier als Unterdruckverstelldose ausgebildete Stellvorrichtung
25. Ein Endbereich 26 des Verstellkolbens 21 ragt hierzu axial aus der
Bohrung 20 der Nockenwelle 2 heraus und weist eine Ringnut 27 auf. Diese Ringnut 27 ist konzentrisch von einem von einer Membranseite 28
der Stellvorrichtung 25 ausgehenden Axialflansch 29 umschlossen. Zwischen beiden Elementen 27, 29 sind Wälzkörper 30 als Koppelmittel
zur Übertragung einer von der Stellvorrichtung 25 auf den Verstellkolben
21 über das Schiebeteil 19 zu dem Ringteil 9 übertragenen Axialbewegung angeordnet. Eine der Stellvorrichtung 25 zugeordnete
Druckfeder 30a sorgt für eine definierte Grundstellung der Vorrichtung 1, beispielsweise für einen zumeist gefahrenen Drehzahl-Lastbereich
der Brennkraftmaschine. Diese Grundstellung ist dabei abhängig von der Wahl des Ventiltriebs (Ein- oder Mehrnockenwellensystem).
Ist nun beispielsweise ein relatives "Voreilen" der Nockenwelle 1 in
bezug auf ihr Antriebsrad 3 gewünscht, wird die formschlüssig mit dem Ring 5 verbundene Stellvorrichtung 9 über den von der Verstelldose 25
beaufschlagten Kolben 21 derart axial verschoben, daß deren Eingriffsprofil
17 mit dem entsprechenden Eingriffsprofil 16 des Freilaufes 10 oder 11 kämmt, welcher entgegengesetzt zur Drehrichtung sperrt. Somit
ist ein Verstellen der Nockenwelle 2 im positiven Drehsinn relativ zum Antriebsrad 3, aufgrund der Drehungleichförmigkeit der Nockenwelle 2
über ihre triebliche Beanspruchung, hergestellt. Bei einer maximalen relativen Verdrehung erfährt hierbei das Schiebeteil 19 einen Anschlag
am betreffenden Schenkel 24 der Aussparung 23 der Nockenwelle 2.
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Bezugszahlenliste
| 1 | Vorrichtung | 16 | Eingriffsprof&tgr; 1 |
| 2 | Nockenwelle | 17 | Eingriffsprofil |
| 3 | Antriebsrad | 18 | Radialbohrung |
| 4 | Endbereich | 19 | Schiebeteil |
| 5 | Ring | 20 | Bohrung |
| 6 | Bohrung | 21 | Verstellkolben |
| 7 | Innenverzahnung | 22 | Bohrung |
| 8 | Geradverzahnung | 23 | Aussparung |
| 9 | Stellvorrichtung, Ringteil | 24 | Schenkel |
| 10 | Freilauf | 25 | Stel!vorrichtung |
| 11 | Freilauf | 26 | Endbereich |
| 12 | Außenring | 27 | Ringnut |
| 13 | innerer Ring | 28 | Membranseite |
| 14 | äußerer Ring | 29 | Axialflansch |
| 14a | Kunststoffring | 30 | Wälzkörper |
| 14b | AußenmanteIf lache | 30a | Druckfeder |
| 14c | Innenmantelfläche | 31 | Außenmantelfläche |
| 15 | Stirnseite | 32 | Mitnehmereinrichtung |
| 15a | Stirnseite |
Claims (12)
1. Vorrichtung (1) zur relativen Winkelverstellung zwischen wenigstens
zwei diskreten Schaltpunkten für zumindest in mittelbarer Antriebsverbindung zueinander stehende und koaxial zueinander angeordnete Antriebselemente,
wie eine von einem Antriebsrad (3) angetriebene Nockenwelle (2) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bei
der zwischen beiden Elementen (2, 3) wahlweise beaufschlagbare Freilaufmittel vorgesehen sind, deren Schaltung unter Ausnutzung der
Drehungleichförmigkeit der Nockenwelle (2) die relative Winkel verstellung
dieser ermöglicht, wobei die Freilaufmittel über zumindest
eine in Nockenwellenrichtung fluchtende, druckbeaufschlagbare Stellvorrichtung
(25) schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufmittel aus zwei separaten, gegenläufig sperrenden Frei laufen
(10, 11) bestehen, die koaxial zur Nockenwelle (2) angeordnet und drehfest mit dieser verbunden sind, wobei in Nockenwellenrichtung
gesehen zwischen diesen die Stellvorrichtung (9) angeordnet ist, die einerseits mit dem Antriebsrad (3) zumindest mittelbar in drehfester
Verbindung steht und andererseits wahlweise mit einem Außenring (12) des Freilaufes (10 oder 11) koppelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung
(9) aus einem die Nockenwelle (2) konzentrisch umschließenden Ringteil besteht, dessen Außenmantelfläche (31) einerseits eine
Geradverzahnung (8) aufweist, die in eine komplementäre Innenverzahnung (7) eines mit dem Antriebsrad (3) verbundenen, die Nockenwelle
(2) zumindest im Bereich der Stellvorrichtung (9) konzentrisch umschließenden,
Ringes (5) eingreift, wobei andererseits beide Stirnseiten (15a) des Ringteiles (9) mit Eingriffsprofilen (17) versehen
sind, über die ein Form- und/oder Kraftschluß mit je einem komplemen-
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tären Eingriffsprofil (16) an einer der Stellvorrichtung (9) zugewandten
Stirnseite (15) eines Außenringes (12) eines Freilaufes (10 oder 11) wahlweise herstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsprofile
(16, 17) als Stirnverzahnungen hergestellt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Außenring (12) des Freilaufes (10, 11) aus zwei ineinandergesteckten, zueinander drehfesten Ringen (13, 14) besteht, wobei der innere Ring
(13) dünnwandig ist und eine Einheit mit den weiteren Freilaufmitteln
(10, 11) bildet und der äußere Ring (14) relativ zum inneren Ring (13) gesehen dickwandig ausgebildet ist und wobei eine Außenmantelfläche
(14b) des äußeren Ringes (14) zumindest mittelbar einer Innenmantelfläche (14c) des die Stellvorrichtung (9) umschließenden Ringes (5)
zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Außenmantelfläche (14b) des äußeren Ringes (14) und der Innenmantelflache
(14c) des die Stellvorrichtung (9) umschließenden Ringes (5)
ein Kunststoffring (14a) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Stirnseite eines Endabschnittes der Nockenwelle (2), an welcher die Vorrichtung (1) angeordnet ist, eine zentrische Bohrung (20) aufweist,
daß in dieser Bohrung (20) ein Verstellkolben (21) angeordnet ist, daß der Verstellkolben (21) ein orthogonal zu diesem angeordnetes Schiebeteil
(19) aufweist, welches die Nockenwelle (2) durchstoßend, andererseits an seiner Peripherie mit dem Ringteil (9) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebeteil
(19) als Bolzen hergestellt ist, der in zueinander in einer Drehstellung der Teile (9, 21) fluchtenden Bohrungen (18, 22) sowie
einer sektorförmigen Aussparung (23) der Nockenwelle (2) angeordnet ist.
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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch
Schenkel (24) der Aussparung (23) der Nockenwelle (2) Anschläge zur Begrenzung der maximalen relativen Verstellung der Nockenwelle (2) zum
Antriebsrad (3) gebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstel!kolben
(21) stirnseitig der Nockenwelle (2) und fluchtend zu dieser die Stellvorrichtung (25) vorgeordnet ist, wobei eine Verstellung
über Druckmittel entgegen der Kraft einer Druckfeder (30a) hergestellt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als
Stellvorrichtung (25) eine Unterdruckverstelldose appliziert wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Membranseite (28) der Verstelldose (25) mit einem stirnseitigen Endbereich
(26) des Verstellkolbens (21) verbunden ist, wobei dieser Endbereich
(26), axial aus der Nockenwelle (2) herausragend, eine Ringnut (27) aufweist, in die eine mit der Membranseite (28) der Verste 11 dose
(25) verbundene Mitnehmereinrichtung (32) greift.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mitnehmereinrichtung (32) aus einem mit der Membranseite (28) verbundenen Scheibenteil besteht, welches einen die Ringnut (27) umschließenden
Axialflansch (29) aufweist, zwischen dem als Wälzkörper (30) ausgebildete Koppelmittel verlaufen.
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