WO1997043524A1

WO1997043524A1 - Druckmittelabhängige lagepositionierung des stellkolbens einer nockenwellenverstellung

Info

Publication number: WO1997043524A1
Application number: PCT/EP1997/001499
Authority: WO
Inventors: Jens Schäfer; Joachim Dietz
Original assignee: INA Wälzlager Schaeffler oHG
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1997-11-20
Also published as: DE19780443D2; DE19619664A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine in Brennkraftmaschinen eingesetzte Vorrichtung zur stufenlosen Drehlagenänderung einer Kurbelwelle gegenüber einer Nockenwelle, die ein Antriebsrad aufweist, an dem einstückig ein Gehäuse (12) befestigt ist, in dem ein Stellkolben (11) dichtend geführt ist, der zwei Druckräume (13, 14) axial begrenzt, die wechselweise mit einem Druckmittelzufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar sind und der Stellkolben (11) über eine erste Verzahnung (4, 5) mit dem Antriebsrad (2) und über eine zweite Verzahnung (7, 8) mit der Zahnbuchse (9) formschlüssig verbunden ist. Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse (12) ein in der Grundstellung zwischen dem Stellkolben (11) und dem Gehäuse (12) angeordneter, am Gehäuse (12) drehfixierter Verriegelungskolben (17) vorgesehen, der einen weiteren Druckraum (27) begrenzt, wobei der formschlüssig mit der Zahnbuchse (9) in Eingriff stehende, federkraftbeaufschlagte Verriegelungskolben (17) druckmittelabhängig axial verschiebbar ist.

Description

Druckmittelabhängige Lagepositionierung des Stellkolbens einer Nocken wel lenverstel I ung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine gaswechsel ventilgesteuerte Brennkraftmaschine zur stufenlosen Drehlagenanderung einer Kurbelwelle gegenüber zumindest einer im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle, die ein Antriebsrad aufweist, das über ein Zugmittel einen Antrieb von der Kurbelwelle erfährt, und an dem einstückig ein Gehäuse befestigt ist, an dessen Innenwan¬ dung ein hydraulisch doppelt wirkender Stellkolben dichtend gefuhrt ist, der zwei Druckräume axial begrenzt, die wechselweise mit einem Druckmittel¬ zufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar sind, wobei der Stellkolben mit einer hohlzylindπsch gestalteten Schiebemuffe verbunden ist, die durch eine erste Verzahnung mit dem Antriebsrad und durch eine zweite Verzahnung mit einem Abtriebselement formschlüssig verbunden ist, und der Stellkolben bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine in eine Grundstellung verlagert wird und dabei an einem Endanschlag anliegt.

Hintergrund der Erfindung

Die EP 0 335 083 B1 zeigt eine gattungsbildende Vorrichtung, mit der eine lineare Bewegung des Stellkolbens in eine Relativdrehung, d. h. eine Drehla¬ genänderung zwischen dem Antriebsrad und der Nockenwelle umgewandelt werden kann. Im Stillstand der Brennkraftmaschine verlagert sich ein federkraft¬ beaufschlagter, den Druckmittelzufluß steuernder Steuerkolben in eine Position, in der ein Druckmittelabfluß weitestgehend unterbunden ist, aber dennoch über Leckspaltverluste ein Druckmittelrücklauf in das Schmierstoffreservoir der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Dadurch bedingt erfährt der Stellkolben keine hydraulische Vorspannung, der folglich durch die Wechseldrehmomente der Nockenwelle und die davon ausgelöste Drehungleichformigkeit zu hoch¬ frequenten Linearbewegungen angeregt wird, die ein Anschlagen des Kolbens am Endanschlag auslöst. Das Anschlagen des Stellkolbens bewirkt eine starke Gerauschemission, die für heutige Brennkraftmaschinen keine Akzeptanz findet.

Aufgabe der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Bauart so weiterzuentwickein, daß diese unter Beachtung eines kostengünstigen Auf¬ baus auch beim Start der Brennkraftmaschine eine Gerauschentwicklung unter¬ bindet sowie sich positiv auf das Startverhalten der Brennkraftmaschine aus¬ wirkt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelost.

Die erfindungsgemaße Vorrichtung ist demnach mit einem drehfixierten Ver¬ negelungskolben versehen, der in der Grundstellung der Vorrichtung durch¬ fixiert am Gehäuse anliegt und dabei einen weiteren Druckraum begrenzt. Der zwischen dem Stellkolben und dem Gehäuse angeordnete federkraftbeauf- schlagte Vernegelungskolben steht dabei formschlüssig mit der Zahnbuchse in Eingriff und verfügt in der Grundstellung über eine Drehfixierung am Gehäuse. Die Anordnung des Verriegelungskolbens sieht weiterhin vor, daß dieser druck¬ abhängig axial verschiebbar zur Zahnbuchse angeordnet ist.

Diese Anordnung bewirkt, daß in der Startphase eine Drehmoment-Übertragung vom Antriebsrad über den Vernegelungskolben auf die Nockenwelle erfolgt und die Schiebemuffe dabei nicht beaufschlagt ist. Aufgrund der starren Anordnung des Verπegelungskolbens, d. h. der Drehfixierung am Gehäuse, verursacht der nicht ausreichend hydraulisch vorgespannte Stellkolben keine Gerauschemis¬ sion. Der Vernegelungskolben bedingt, daß eine stufenlose Nockenwellenver¬ stellung erst erfolgt, wenn ein ausreichender, den Vernegelungskolben axial verschiebender Druck des Druckmittels aufgebaut ist, durch den der Verstell- kolben die erforderliche hydraulische Vorspannung erfährt, und damit keinen Freiheitsgrad besitzt, der zu einer nachteiligen Gerauschentwicklung fuhren kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, eingesetzt in Brennkraftmaschinen mit separaten Einlaß- und Auslaßnockenwellen, verhindert weiterhin, daß die mit einer erfindungsgemäßen VerStelleinrichtung versehene Auslaßnockeπwelle bedingt durch das Nockenwellenreibmoment in die Anschlagposition "große Ventilüberschneidung" verdreht werden kann. Diese Position ist genau die der Startposition gegenüberliegende, was zu einer nachteiligen Beeinträchtigung des Startverhaltens der Brennkraftmaschine führt, da ein Start erst erfolgen kann, wenn die den Start begünstigende Position "kleine Venttlüberschneidung" eingenommen ist. Eine stufenlose Nockenwellen-Verstellvorπchtung, die mit dem erfindungsgemaßen Vernegelungskolben versehen ist, verhindert somit wirksam eine nachteilige Geräuschentwicklung und begünstigt das Startverhal- ten der Brennkraftmaschine, wobei die erfindungsgemaße Maßnahme kosten¬ günstig darstellbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der An¬ sprüche 2 bis 20, deren Vorteile nachfolgend erläutert werden.

Erfindungsgemäß wird in vorteilhafter Weise eine phasenverschobene Druck¬ beaufschlagung zwischen dem Verriegelungskolben und dem Stellkolben erreicht. Erst nach Erreichen eines Druckmitteldrucks, der eine Axialverschie- bung des Verneglungskolbens ermöglicht, kann Druckmittel den Stellkolben beaufschlagen. Dabei kann durch eine entsprechende Dimensionierung der beaufschlagten Kolbenfläche des Verriegelungskolbens und/oder der Feder¬ auslegung, die den Vernegelungskolben in Richtung des Gehäuses verlagert, die zeitliche versetzte Druckbeaufschlagung des Stellkolbens variiert werden. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht einen scheibenartig aufgebauten Vernegelungskolben vor, der einseitig, auf der zur Zahnbuchse gerichteten Seite einen hulsenartigen Abschnitt aufweist. Durch die Verwendung eines dünnwandigen scheibenartigen Aufbaus des Verπegelungskolbens wird in vorteilhafter Weise der Bauraum der Vorrichtung nicht nachteilig beeinflußt

Der Vorrichtungsaufbau umfaßt weiterhin am freien Ende des axial vorstehen¬ den Abschnitts vom Vernegelungskolben eine durchmesserreduzierte radiale Stufe. Diese Stufe ist an eine entsprechend gestaltete Innenkontur der Zahn- buchse angepaßt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Vernegelungskolben in der Betriebsstellung eine kreisπngformige Differenzkolbenflache auf, deren Druckbeaufschlagung eine größere Kraft auslost, als eine dem Verπegelungs- kolben entgegenstehende Kraft der Druckfeder, die den Vernegelungskolben in die Ruhestellung verlagert. Mit dieser Maßnahme wird die Funktion des Ver- πegelungskolbens bei laufender Brennkraftmaschine wirksam außer Kraft ge¬ setzt, zur Sicherstellung einer ungehinderten Funktion der Nockenwellen- Verstel I Vorrichtung

Die Differenzkolbenflache ist bestimmt durch eine Durchmesserdifferenz des Abschnitts im Bereich der radialen Stufe Als Größtmaß kann eine der Wand¬ dicke des Abschnitts entsprechende Differenzkolbenflache genutzt werden Erfindungsgemaß kann durch eine einfache konstruktive Maßnahme Einfluß auf die Differenzkolbenflache und damit auf das Stehvermögen bzw. die Stellkraft des Vernegelungskolbens genommen werden

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Stromungsver¬ bindung zwischen dem Druckraum und einem Druckmittelreservoir vor, bei Stillstand der Brennkraftmaschine. Dazu ist die Zahnbuchse mit einer Radialboh- rung versehen, über die Druckmittel in einen Ringraum gelangen kann und von dort drucklos über eine Langsbohrung in eine Druckmittelfuhrung und anschlie¬ ßend in das Reservoir. Diese Stromungsverbindung gewährleistet gleichzeitig eine gewünschte Entlüftung zwischen dem Druckraum und der Atmosphäre. Zur Sicherstellung einer Entlüftung bzw eines Druckausgleichs zwischen den Druckraumen kann der Stellkolben mit genau definierten Querbohrungen versehen sein. Alternativ bietet es sich an, den zur Abdichtung des Stellkolbens gegenüber dem Gehäuse eingesetzten Stahldichtring mit einer Trennfuge zu versehen, die einen definierten Leckspalt bildet. Außerdem bzw. zusätzlich können Bohrungen zwischen einem Druckraum und der Nockenwelle bzw dem Zylinderkopf eine wirksame Entlüftung sicherstellen. Damit ist sicherge¬ stellt, daß der Stellkolben bei Stillstand der Brennkraftmaschine möglichst schnell seine Endlage einnehmen kann, damit sich auch für eine kurzzeitige Startwiederholung eine Nockenwellenlage einstellt, die den Start der Brenn¬ kraftmaschine begünstigt. Zur weiteren Verbesserung der Druckmittelruckstro- mung bei Stillstand der Brennkraftmaschine ist die Zahnbuchse mit einer weite¬ ren Radialbohrung versehen, die eine Verbindung zwischen der Langsbohrung und einer weiteren Druckmittelfuhrung hergestellt. Die in der Zahnbuchse eingebrachten Fluidkanalen entsprechenden Bohrungen, können dabei so dimensioniert sein, daß diese in der Startphase eine gewisse zeitverzogerte, gedampfte Entriegelung ermöglichen, aufgrund einer über die Bohrungen abgesteuerten Teilmenge des Druckmittels Durch diese einfache konstruktive Maßnahme kann folglich Einfluß auf die Entriegelungsgeschwindigkeit genom¬ men werden Die erfmdungsgemaßen Radial- und Langsbohrungen ermöglichen im Stillstand einen gewünschten Rucklauf des Druckfluids aus den Druckrau¬ men in das Reservoir und bei einem Start der Brennkraftmaschine eine erforder¬ liche Entlüftung insbesondere der Ringraume, so daß die Axialbewegung des Stellkolbens nicht behindert wird.

Zur Sicherstellung, daß im Betriebszustand der Brennkraftmaschine über die Radialbohrung und die Langsbohrung kein Druckmittelverlust eintritt umfaßt die erfindungsgemaße Vorrichtung Abdichtungen, die zwischen dem Abschnitt des Verriegelungskolbens und der Zahnbuchse angeordnet sind Dazu sind vor¬ teilhaft Dichtringe vorgesehen, die in eine Umlaufnut der Mantelflache im Bereich des größten Durchmessers des Abschnitts eingesetzt sind sowie dem radial gestuften Bereich des Abschnitts. Zur Schaffung einer alternativen Ab- dichtung sieht die Erfindung eine in der Bohrungswandung des Abschnitts eingesetzte Abdichtung vor, die dichtend außenseitig an der zylindrischen Verschraubung anliegt. Diese Abdichtung in Verbindung einer weiteren Ab¬ dichtung zwischen der Mantelflache des Abschnitts und der Zahnbuchse stellt sicher, daß die gesamte Wandstarke des Abschnitts als Differenzkolbenflache nutzbar ist, wodurch sich vorteilhafte die Stellkraft des Verπegelungskolbens vergrößert

Die Erfindung sieht weiterhin eine Lageubereinstimmung zwischen den Dich- tungen und den Radialbohrungen in der Betriebsstellung der Vorrichtung vor, was die Wirksamkeit der Abdichtung verbessert Dadurch wird ein Druckmittel¬ verlust wirksam unterbunden

Zur Schaffung einer formschlussigen Verbindung zwischen dem Verπegelungs- kolben und der Zahnbuchse ist erfindungsgemaß vorgesehen, daß der einseitig hulsenartig geformte Abschnitt des Verπegelungskolbens außenseitig verzahnt ist, wobei diese Verzahnung in eine entsprechende Innenverzahnung der Zahnbuchse eingreift. Als Verzahnung kann dabei beispielsweise eine Vielkeil- verzahnung vorgesehen werden Als eine Alternative zu einer Verzahnung kann die Schiebemuffe mit einer mehrkantigen Innenausnehmung versehen sein, in die ein entsprechender mehrkantiger Hulsenabschnitt des Verπegelungskolbens eingefugt werden kann

Zur Erreichung einer reibungsminimierten, formschlussigen Verbindung zwi- sehen dem Vernegelungskolben und der Zahnbuchse ist erfindungsgemaß weiterhin eine Längs- bzw. Linearfuhrung mittels Walzkorper einsetzbar. Dazu eignen sich vorzugsweise als Kugeln geformte Walzkorper, die in korrespondie¬ renden Langsnuten des emstuckig mit den Vernegelungskolben verbundenen Abschnitts und der Zahnbuchse eingebracht sind. Zur Abdichtung ist dazu eine in einer Eπdzone der Walzkorperfuhrung, zwischen dem Abschnitt des Ver- πegelungskolbens und der Zahnbuchse eine Dichtung vorgesehen In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Abdichtung zwischen dem Abschnitt des Vernegelungskolbens und der Schiebemuffe vorgesehen, wodurch sichergestellt ist, daß kein Druckmittelverlust, d h. Leckverlust über die formschlussige Verbindung, eintritt und dabei der Stellkolben bereits vor Erreichen einer Verschiebung des Vernegelungskolbens von einem Druckmittel beaufschlagt wird. Als Dichtung bietet sich beispielsweise eine Balgdichtung, ein Dichtring oder eine schleifende Dichtung an. Die schleifende Dichtung kann dabei als eine Spalt- oder Labyrinthdichtung gestaltet sein. Zwischen dem Vernegelungskolben und dem Gehäuse ist eine weitere Dichtung vorgesehen, die einen Druckmittelverlust in der Startphase ausschließen soll. Diese Dichtung ist dabei im äußeren radialen Bereich des Vernegelungskolbens vorgesehen, wodurch die vom Druckmittel beaufschlagbare Flache des Vernegelungskolbens vergrößert werden kann. Dabei bietet es sich an, als Dichtung einen Elastomer- korper zu verwenden, der eine gewünschte Geräuschdämpfung bei einer schnellen Verschiebung des Vernegelungskolbens in Richtung des Anschlags sicherstellt Weiterhin vermeidet der Elastomerkorper eine nachteilige Gerausch¬ entwicklung in der Startphase der Brennkraftmaschine, wenn der Vernegelungs¬ kolben eventuell noch nicht vom Druckfluid beaufschlagt ist und so an den Endanschlag anschlagt.

Als Maßnahme, mit der eine Drehfixierung des Vernegelungskolbens in der Startposition erreichbar ist, sieht die Erfindung eine formschlussige Sicherung am Gehäuse vor. Dazu bietet es sich an, am Gehäuse einen axial vorstehenden Stift, Ansatz oder eine Verπegelungsnase vorzusehen, die in eine Ausnehmung des Vernegelungskolbens greift Diese einfache, kostengünstig darstellbare Drehsicherung bewirkt eine hochwirksame Drehfixierung Funktionsbedingt ist dabei die axiale Lange des Stiftes oder der Verπegelungsnase kleiner als der maximale Hub des Vernegelungskolbens. Dabei stellt sich ein Differenzmaß bzw. Uberstandsmaß ein. Durch diese Abstimmung ist sichergestellt, daß nach einem erfolgten Start der Brennkraftmaschine und einer stirnseitigen Anlage des Vernegelungskolbens an der Zahnbuchse die Funktion der Verstellvorπchtung nicht beeinflußt ist und damit eine Drehlagenanderung zwischen dem ein- stuckig mit dem Antriebsrad verbundenen Gehäuse und der drehfest an der Nockenwelle angeordneten Zahnbuchse sichergestellt ist.

Zur Sicherstellung einer stets gleichen Lageposition des Stellkolbens liegt dieser im Stillstand bzw. in der Startposition der Brennkraftmaschine an einem gehau¬ sefesten Anschlag an. Damit ist auch eine für die Funktion der Vernegelungs¬ kolben erforderliche Verrastung mit dem Ansatz gewährleistet

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem Ausfuhrungsbeispiel in sechs Figuren dargestellt und naher erläutert. Es zeigen-

Figur 1 in einem Halbschnitt eine erfindungsgemaße Verstell vorπch- tung in der verriegelten Position;

Figur 2 in einer vereinfachten Darstellung den Vernegelungskolben mit der Gehausesicherung nach Figur 1 ,

Figur 3 die in Figur 1 abgebildete Verstellvorπchtung in einer entrie¬ gelten Position;

Figur 4 die Positionierung des Verπegelungskolbens zur Sicherung in entriegelter Position gemäß Figur 3;

Figur 5 die in Figur 1 abgebildete Vorrichtung in einer Position, die einer maximalen Verstellung entspricht;

Figur 6 die Positionierung der Drehsicherung für den Vernegelungs- kolben nach Figur 5 in der Position der maximalen Verstel¬ lung der Vorrichtung, Figur 7 eine weitestgehend der Figur 1 entsprechende Versteilvor¬ richtung, mit einer Zahnhülse, die über zwei Radialbohrungen verfügt;

Figur 8 die Vorrichtung gemäß Figur 7 in einer Position, die einer maximalen Verstellung entspricht;

Figur 9 eine Verstell Vorrichtung, bei der zwischen dem Vernegelungs¬ kolben und der Zahnbuchse eine Langsfuhrung mit Wälzkor- pern vorgesehen ist.

Ausfuhrliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist eine mit der Bezugsziffer 1 versehene Vorrichtung zur vorzugs- weisen stufenlosen Drehlagenanderung einer Kurbelwelle gegenüber einer im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle dargestellt. Dabei ist die Einrichtung 1 in einer axialen Fortsetzung einer in Figur 1 nicht abgebildeten Nockenwelle angeordnet. Der Aufbau der Vorrichtung 1 umfaßt ein Antriebsrad 2, das ein- stuckig mit einem radial nach innen gerichteten Ringabschnitt 3 versehen ist, der innenseitig über eine Verzahnung 4, 5 mit einer Schiebemuffe 6 in Eingriff steht. Die Schiebemuffe 6 steht wiederum über eine radial nach innen geord¬ nete zur Verzahnung 4, 5 axial versetzte Verzahnung 7, 8 mit einer Zahnbuchse 9 in Eingriff, welche über eine Verschraubung 10 an der Nockenwelle drehfi¬ xiert angeordnet ist.

Die Vorrichtung 1 sieht weiterhin vor, daß die Schiebemuffe 6 auf der vom Antriebsrad 2 abgewandten Seite stirnseitig einstuckig mit einem Stellkolben 1 1 versehen ist, der außenseitig abgedichtet an einer Innenwandung eines ein¬ stückig mit dem Antriebsrad 2 verbundenen Gehäuses 12 anliegt. Das rotations- symmetrisch ausgebildete Gehäuse 12 bildet einen ringzylindrischen Innen¬ raum, der von dem Stellkolben 1 1 in zwei Druckraume 13, 14 aufgeteilt ist. Die Druckraume 13, 14 sind dabei wechselweise mit einem Druckmittelzufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar zur Erreichung einer Axialverschiebung des Stellkolbens 1 1 Aufgrund der jeweils als Schragverzahnung ausgeführten, in Eingriff stehenden Verzahnungen 4, 5 und 7, 8 bewirkt eine Axialverschiebung des Stellkolbens 1 1 eine Relativverdrehung zwischen dem Antriebsrad 2 und der drehfixiert mit der Nockenwelle verbundenen Zahnbuchse 9. Dazu ist die Zahnbuchse 9 drehbar in einer Fuhrungshulse 15 eingesetzt, die unlösbar mit dem Ringabschnitt 3 verbunden ist Zur Verlagerung des Stellkolbens 1 1 in die in Figur 1 dargestellte Startposition, d. h. im drucklosen Zustand der Druck¬ raume 1 3, 14 ist eine Druckfeder 16 vorgesehen, welche im Druckraum 13 zwischen dem Ringabschnitt 3 und dem Stellkolben 1 1 eingesetzt ist, zur Ver- lagerung des Stellkolbens 1 1 in die Startposition bzw. zur Beeinflussung der Verstellgeschwindigkeit des Stellkolbens 1 1 . In der Startposition liegt der Stell¬ kolben 1 1 an einem Anschlag 46 an

Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist außerdem mit einem Vernegelungskolben 1 7 versehen, der zwischen einer der Zahnbuchse 9 vorgelagerten Stirnwand 18 des Gehäuses 12 und der Zahnbuchse 9 axial verschiebbar ist. Der Vernegelungs¬ kolben 1 7 verfugt über einen hulsenartigen Abschnitt 19, der über eine Ver¬ zahnung 20, 21 , ausgeführt als eine Geradverzahung mit der Zahnbuchse 9 formschlüssig in Eingriff steht. Zur wirksamen Abdichtung, d. h zur Vermeidung von einem Druckmittelverlust aus dem Druckraum 14 in der Betriebsstellung der erfindungsgemaßen Vorrichtung 1 sind zwischen dem Vernegelungskolben 1 7 und der Zahnbuchse 9 Abdichtungen 22, 38 vorzugsweise in Form von Dichtringen vorgesehen. Alternativ zu einem Dichtring kann eine Balgdichtung oder eine zwischen dem Abschnitt 19 des Vernegelungskolbens 1 7 und der Zahnbuchse 9 schleifend eingesetzte Dichtung vorgesehen werden. Zur Ver¬ lagerung des Vernegelungskolbens 1 7 in die in Figur 1 abgebildete Startposition ist eine Druckfeder 23 zwischen der Verschraubung 10 und einem am Ver¬ negelungskolben 1 7 lagefixierten Halteglied 42 eingesetzt. Zur Erreichung einer Drehfixierung des Vernegelungskolbens 1 7 dient ein an der Stirnwand 18 angeordneter, in den Druckraum 14 ragender Ansatz 24, der in der Startposition der Vorrichtung 1 in eine entsprechende Ausnehmung 25 des Vernegelungs¬ kolbens 1 7 verrastet. Zur Erreichung einer Abdichtung eines Ringspaltes zwi¬ schen dem Vernegelungskolben 1 7 und der Stirnwand 18 des Gehäuses 1 2 in der Startposition, dient eine im Vernegelungskolben 1 7 eingesetzte Dichtung 26

Der Abschnitt 19 des Vernegelungskolbens 1 7 ist am freien Ende mit einer Radialstufe 37 versehen, die einen durchmesserreduzierten Abschnitt bildet, der in einen Ringraum ragt, der sich zwischen der Verschraubung 10 und der Zahnbuchse 9 einstellt. Die Vorrichtung 1 sieht weiterhin Maßnahmen vor, die sicherstellen, daß der Stellkolben 1 1 bei Stillstand der Brennkraftmaschine rasch in die in Figur 1 gezeigte Endlage gelangt. Als Maßnahme mit der ein schnelles Ruckstromen des Druckmittels aus dem Druckraum 14 in eine unmittelbar mit dem Druckmittelreservoir in Verbindung stehende Druckmittelfuhrung 41 gelangt ist erfindungsgemaß die Zahnbuchse 9 mit entsprechenden Bohrungen versehen. Eine Radialbohrung 36 verbindet einen Zwischenraum 31 der vom Druckraum 14 durch die Verzahnung 7, 8 getrennt ist mit einem vom Abschnitt 19 und der Zahnbuchse 9 umschlossenen im Bereich der Radialstufe 37 gebil¬ deten Ringraum 39. Über eine ebenfalls in die Zahnbuchse 9 eingebrachte Langsbohrung 40 ist eine Verbindung zwischen dem Ringraum 39 und der Druckmittelfuhrung 41 geschaffen

Zur Verdeutlichung der Lagefixierung des Vernegelungskolbens 1 7 ist in Figur 2 in einer vereinfachten Abbildung eine Hälfte des Vernegelungskolbens 1 7 abgebildet, in dessen Ausnehmung 25 der in der Stirnwand 18 des Gehäuses 12 (siehe Figur 1 ) eingesetzte Ansatz 24 verrastet

In den nachfolgenden Figuren 3 bis 9 ist die erfindungsgemaße Vorrichtung 1 im Vergleich zu Figur 1 in unterschiedlichen Verstellpositionen bzw. anderen Bauteilen abgebildet. Die mit der Figur 1 übereinstimmenden Bauteile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In Figur 3 ist die Vorrichtung 1 in einer Position abgebildet, in der die Entriege¬ lung gerade erfolgte, bei der sich der Vernegelungskolben 1 7 in Richtung der Stirnseite der Zahnbuchse 9 verlagert hat. Dabei wird deutlich, daß sich zwi¬ schen einer Stirnseite des Ansatzes 24 und dem Vernegelungskolben 1 7 ein Uberstandsmaß "X" einstellt, das eine ungehinderte Verdrehung des Vernege¬ lungskolbens 1 7 sicherstellt. Aufgrund der Axialverschiebung des Vernegelungs¬ kolbens 1 7 ist die Dichtwirkung der Dichtung 26 außer Kraft gesetzt, so daß Druckmittel durch die Ausnehmung 25 bzw. durch mehrere Ausnehmungen 25 in den Druckraum 14 einströmen kann, zur Druckbeaufschlagung des Stell¬ kolbens 1 1 . Ein sich einstellender Ringspalt 29 zwischen einer Außenkontur des Vernegelungskolbens 1 7 und der Innenwand des Gehäuses 1 2 ist dabei so eng toleriert, daß über diesen nahezu kein Druckmittel in den Druckraum 14 gelangen kann. Der Ringspalt 29 kann somit auch als Spaltdichtung bezeichnet werden. Aus der Figur 4 ist zu sehen, daß in der Entriegelungsposition der Verstellkolben 1 7 unverändert im Vergleich zu Figur 2 positioniert ist

Die Figur 5 zeigt den Stellkolben 1 1 in einer maximalen Verstellposition gegen¬ über der in Figur 1 abgebildeten Lage. Die Druckfeder 16 liegt dabei fast auf Block. Zur Erreichung dieser Position ist eine Auffüllung des Druckraums 14 mit Druckmittel erforderlich, wobei der Druck des Druckmediums eine Kraft auf den Stellkolben 1 1 auslosen muß, die eine Kraft der Druckfeder 16 übersteigt. Der sich dabei ergebende Verstellwinkel, d h. die Drehlagenanderung zwi¬ schen dem Gehäuse 12 und dem Vernegelungskolben 1 7 und damit zwischen dem Antriebsrad 2 und der Nockenwelle ist in Figur 6 verdeutlicht. Der Winkel " oc " zwischen dem Ansatz 24 und der Ausnehmung 25 entspricht dem maxima¬ len Verstellwinkel.

Die in Figur 7 abgebildete Vorrichtung 1 ist abweichend zu der in Figur 1 abgebildeten Vorrichtung mit einer Zahnbuchse 9 versehen, die zur Radialboh- rung 36 eine weitere Radialbohrung 43 aufweist. Mit der Radialbohrung 43 ist eine Verbindung zwischen der Längsbohrung 40 und einem Ringraum geschaf¬ fen, der sich in einer Neutrallage des Vernegelungskolbens 1 7 zwischen der Verschraubung 10 und der Zahnbuchse 9 einstellt. Mit dieser Radialbohrung 43 kann bei Stillstand der Brennkraftmaschine das im Druckraum 14 eingeschlosse¬ ne Druckmittel noch schneller entweichen, und der Stellkolben 1 1 damit seine Ausgangsposition schneller erreichen, was eine kurzfristige Startwiederholung ermöglicht. Gleichzeitig bewirkt die Radialbohrung 43 eine gewünschte schnei- le und sichere Entriegelung des Vernegelungskolbens 17, bedingt durch eine Druckentlastung des Ringraums 45. Der Ringraum 45 ist begrenzt durch die Stirnseite des Abschnitts 19, der Zahnbuchse 9 sowie einem Schraubenkopf der Verschraubung 10. Dabei ist ein engtoleπerter Ringspalt in Form einer Spalt- dichtung zwischen dem Schraubenkopf und dem dazu axial verschiebbaren Abschnitt 19 vorgesehen.

In Figur 8 ist der Stellkolben 1 1 in einer der Figur 5 entsprechenden Position abgebildet. Dabei kommt es zu einer Lageübereinstimmung der Abdichtung 22 und der Dichtung 38 mit den Radialbohrungen 36, 43, wodurch ein Druck- mittelverlust in der Betriebsstellung unterbleibt. Damit ergeben sich im Druck¬ raum 14 stabile Druckverhaltnisse, die sich forderlich auf die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auswirken.

Aus Figur 9 ist eine alternative formschlüssige Verbindung zwischen dem Verπeglungskolben 1 7 und der Zahnbuchse 9 zu entnehmen. Sowohl der Abschnitt 19 des Vernegelungskolbens 1 7 als auch die Zahnbuchse 9 sind dazu mit korrespondierenden Längsnuten 34, 35 versehen, in denen Walzkorper 32 geführt sind, zur Bildung einer Längsführung 30, die auch als Linearführung zu bezeichnen ist. Zur Abdichtung der Langsfuhrung 30 ist eine Dichtung Ab¬ dichtung 22 zwischen der Zahnbuchse 9 und dem Abschnitt 19 vorgesehen. Dazu ist die Abdichtung 22 an einem dieser Bauteile lagefixiert und liegt an dem gegenüberliegenden Bauteil abdichtend und bei einer Axialbewegung des Verriegelungskolbens 17 schleifend an. Zur Bildung eines Axialanschlages der Wälzkörper 32 dient eine Sicherung 33, die unter radialer Vorspannung in einer Umlaufnut der Zahnbuchse 9 eingesetzt ist.

Aus der Figur 9 ist weiterhin eine geänderte Abdichtung des Abschnitts 19 zu entnehmen, der in eine Umlaufnut eingesetzte Dichtung 44 aufweist, die außen- seitig an der Verschraubung 10 dichtend anliegt. Mit dieser Maßnahme ist eine vorteilhaft vergrößerte Differenzkolbenflache "D_F" erzielbar. Die sich dabei ergebende Differenzkolbenfläche "D_F" entspricht damit unmittelbar der Wand¬ stärke des Abschnitts 19. Ein im Druckraum 45 eingetretenes Druckfluid kann in der Startphase, d. h. bei einer Axialverschiebung des Vernegelungskolbens 1 7, über die Radialbohrung 43 und die Langsbohrung 40 entweichen

Funktionsbeschreibunε:

In Figur 1 ist die verriegelte Position der Vorrichtung 1 abgebildet, bei der ein Kraftfluß, d h. die Übertragung des Drehmomentes vom Antriebsrad 2 auf das Gehäuse 12 und von dort über den Ansatz 24 in Verbindung mit der Aus¬ nehmung 25 auf den Vernegelungskolben 1 7 erfolgt, welcher formschlüssig mit der Zahnbuchse 9 in Eingriff steht, die an der Nockenwelle drehfixiert ist. Damit ist sichergestellt, daß in dieser Position keine Drehlagenanderung zwischen dem Antriebsrad 2 und der Nockenwelle erfolgt, was sich in der Startphase der Brennkraftmaschine als positiv erweist, da in dieser Phase aufgrund des nicht vorhandenen Drucks des Druckmediums, die hydraulische Vorspannung des Stellkolbens 1 1 nicht ausreicht für eine definierte Lagepositionierung des Stell¬ kolbens 1 1. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Gerauschanregung des Stellkolbens vermieden, die entstehen kann, wenn dieser nicht ausreichend hydraulisch vorgespannt ist. Nach einem Start der Brennkraftmaschine erfolgt eine axiale Druckmittelzustromung beispielsweise über eine Nockenwellen- lagerung und einer der hohlgebohrten Verschraubung 10 vorgelagerten Ring¬ raum 28, der mit einem Druckraum 27 korrespondiert Sobald der auf den Vernegelungskolben 1 7 wirkende Druck des Druckmittels eine Kraft ausübt, die großer ist als die Kraft der Druckfeder 23, erfolgt eine Axialverschiebung des Vernegelungskolbens 1 7 bis an die Stirnseite der Zahnbuchse 9, wodurch die Vorrichtung 1 entriegelt ist, siehe Figur 3 In dieser Stellung des Vernegelungs¬ kolbens 1 1 besteht keine Uberdeckung zwischen dem Ansatz 24 und der Ausnehmung 25 besteht, wodurch der Vernegelungskolben 1 7 einschließlich der Zahnbuchse 9 sich relativ zum Gehäuse 12 und damit dem Antriebsrad 2 verdrehen kann. Die in Figur 3 abgebildete Position des Stellkolbens 1 1 kann die Vorrichtung 1 bei einer vollständigen Entriegelung einnehmen. Das Druck¬ mittel kann dabei zur Erreichung einer Axialverschiebung des Stellkolbens 1 1 in Richtung der Nockenwelle vom Druckraum 27 über die Ausnehmungen 25 im Vernegelungskolben 1 7 in den Druckraum 14 einströmen und den ringför¬ mig gestalteten Stellkolben 1 1 beaufschlagen.

Zur Vermeidung einer selbstätigen Rückstellung des Vernegelungskolbens 1 7 in die in Figur 1 gezeigte Stellung bei einem Druckausgleich, d. h. bei einem vollständig mit Druckmittel gefüllten Druckraums 14 dient eine kreisπngformige Differenzkolbenflache "D_f ", die weitestgehend einer Wandstarke vom Abschnitt 19 des Verriegelungskolbens 17 entspricht. Erfindungsgemäß ergibt sich bei einer Druckbeaufschlagung des Vernegelungskolbens 1 7 eine Kraftkomponente aufgrund der Differenzkolbenfläche "D_F", die in der Betriebsstellung eine stirnseitige Anlage des Vernegelungskolben 1 7 an der Zahnbuchse 9 sicherstellt. Die Kraftkomponente ist dabei großer als die Kraft der Druckfeder 23, deren Kraft zur Stirnwand 18 gerichtet ist.

Die Verriegelung ist auslosbar durch eine Druckmittelbeaufschlagung des Druckraums 13, wodurch der Stellkolben 1 1 in Richtung der Stirnwand 18 verlagert wird, bis die Ausnehmung 25 des Vernegelungskolbens 1 7 dem Ansatz 24 gegenübersteht. Einen Formschluß zwischen dem Ansatz 24 und der Ausnehmung 25 bewirkt die Kraft der Druckfeder 23, wodurch der Verπege- lungskolben 1 7 eine Lagefixierung erfährt.

Bezugszahlenliste

I Vorrichtung 25 Ausnehmung 2 Antriebsrad 26 Dichtung

3 Rtngabschnitt 27 Druckraum

4 Verzahnung 28 Ringraum

5 Verzahnung 29 Ringspalt

6 Schiebemuffe 30 Längsführung 7 Verzahnung 31 Zwischenraum

8 Verzahnung 32 Walzkorper

9 Zahnbuchse 33 Sicherung

10 Verschraubung 34 Langsnut

I I Stellkolben 35 Längsnut 12 Gehäuse 36 Radialbohrung

1 3 Druckraum 37 Radialstufe

14 Druckraum 38 Dichtung

15 Fuhrungshülse 39 Ringraum

16 Druckfeder 40 Langsbohrung 1 7 Vernegelungskolben 41 Druckmittelfuhrung

18 Stirnwand 42 Halteglied

1 9 Abschnitt 43 Radialbohrung

20 Verzahnung 44 Dichtung

21 Verzahnung 45 Ringraum 22 Abdichtung 46 Anschlag

23 Druckfeder x Uberstandsmaß

24 Ansatz oc Verstellwinkel D_F Differenzkolbenfläche

Claims

Ansprüche

1 . An einer gaswechselventilgesteuerten Brennkraftmaschine eingesetzte Vor¬ richtung zur stufenlosen Drehlagenanderung einer Kurbelwelle gegenüber zumindest einer vorzugsweise im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle, die ein Antriebsrad (2) aufweist, das insbesondere über ein Zugmittel, einen Antrieb von der Kurbelwelle erfährt, an dem ein Gehäuse (12) befestigt ist, an dessen Innenwandung ein hydraulisch doppelt wirkender Stellkolben (1 1 ) dichtend geführt ist, der zwei Druckräume (1 3, 14) axial begrenzt, die wechselweise mit einem Druckmittelzufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar sind, wobei der Stellkolben (1 1 ) einstückig mit einer hohlzylindrisch gestalteten Schiebemuf¬ fe (6) verbunden ist, die durch eine erste Verzahnung (4, 5) mit dem Antriebsrad und durch eine zweite Verzahnung (7, 8) mit einem Abtriebselement, einer Zahnbuchse (9) formschlüssig verbunden ist, und wobei der Stellkolben (1 1 ) bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine in eine Grundstellung verlagert wird, in der er an einem Endanschlag anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckraum (14) ein in der Grundstellung der Vorrichtung (1 ) drehfixiert am Gehäuse (1 2) anliegender Verriegelungskolben (1 7) vorgesehen ist, der einen weiteren Druckraum (27) begrenzt, und daß der formschlüssig mit der Zahn¬ buchse (9) in Eingriff stehende, federkraftbeaufschlagte Verriegelungskolben ( 1 7) druckmittelabhängig axial verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (1 1 ) eine phasenverschobene bzw. zeitverzögerte Druckbeaufschlagung zum Verriegelungskolben (1 7) erfährt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Verriege- lungskolben (1 7) im wesentlichen scheibenartig gestaltet ist und einseitig in Richtung der Zahnbuchse (9) zeigend mit einem axial vorstehenden Abschnitt (19) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) an dem zum Antriebsrad (2) weisenden Ende eine durchmesserreduzierte Radialstufe (37) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriege¬ lungskolben (1 7) in der Betriebsstellung eine kreisringförmige Differenzkolben¬ fläche "D_F" bildet, deren Druckbeaufschlagung eine größere Kraft auslöst als eine dem Verriegelungskolben (1 7) entgegenstehende Kraft, wozu insbesondere eine Druckfeder (23) einsetzbar ist (Figur 1 ).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz¬ kolbenfläche "D_F" bestimmt ist durch eine Durchmesserdifferenz des Abschnitts (19) im Bereich der Radialstufe (37).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine kreisringförmige Differenzkolbenfläche "D_F" einstellt, die der größten Wanddic¬ ke des Abschnitts (19) entspricht (Figur 9).

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung einer Strömungsverbiπdung zwischen dem Druckraum (14) und einer Druck¬ mittelführung (41 ) bei Stillstand der Brennkraftmaschine die Zahnbuchse (9) mit Bohrungen, zumindest einer Radialbohrung (36) und einer Längsbohrung (40), versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Längs¬ bohrung (40) eine zusätzliche Radialbohrung (43) zugeordnet ist, die eine Verbindung zum Ringraum (28) herstellt (Figur 7).

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) über eine Abdichtung (22) und eine Dichtung (38) gegenüber der Zahn¬ buchse (9) abgedichtet ist, wobei die Abdichtmittel jeweils in einer Umlaufnut des Abschnitts (19) im Bereich des größten Durchmessers sowie im Bereich der Radialstufe (37) angeordnet sind.

1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) gegenüber der Zahnbuchse (9) durch die Abdichtung (22) und gegenüber der Verschraubung (10) mittels einer Dichtung (44) abgedichtet ist (Figur 9)

12 Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Be- tπebsstellung der Vorrichtung (1 ) eine Lageubereinstimmung zwischen den Radialbohrungen (36, 43) und der Abdichtung (22) bzw. der Dichtung (38) besteht (Figur 8)

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (19) über eine Verzahnung (20, 21 ) mit der Zahnbuchse (9) in Eingriff steht

14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abschnitt (19) und der Zahnbuchse (9) eine Vielkeilverzahnung vorgesehen ist.

1 5 Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnbuchse (9) über ein Mehrkantprofi I verfugt, in die ein entspre¬ chend profilierter Abschnitt (1 9) des Vernegelungskolbens (1 7) eingreift

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Abschnitt (1 9) des Vernegelungskolbens (1 7) und die Zahn¬ buchse (9) über korrespondierende Langsnuten (34, 35) verfugen, die in Ver¬ bindung von Zwischengliedern, z. B. Profilkorpern oder Walzkorper (32) eine Langsfuhrung (30) bilden.

1 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdich¬ tung des Druckraums (27) zwischen dem Vernegelungskolben (1 7) und einer Stirnwand (18) des Gehäuses (1 2) eine Dichtung (26) vorgesehen ist

18. Vorrichtung nach Anspruch 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (26), ausgebildet als ein Elastomerkorper, für den Vernegelungskolben (1 7) bei Verschiebung in eine Endlage eine Gerauschdämpfung bewirkt

19. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Vernege¬ lungskolben (1 7) in der Startposition über eine am Gehäuse (12) angeordnete formschlüssige Sicherung drehfixiert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Sicherung ein am Gehäuse (12) axial vorstehender Ansatz (24) dient, der in eine Aus¬ nehmung (25) des Vernegelungskolbens (17) eingreift.

21 . Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Axialver- Schiebung des Stellkolbens (1 1 ) ausgelöst werden kann, nach dem sich der Ver¬ riegelungskolben (1 7) in Richtung der Zahnbuchse (9) verschiebt und sich dabei ein Hub des Vernegelungskolbens (1 7) einstellt, der eine axiale Lange des Ansatzes (24) übertrifft.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (1 1 ) in einer Startposition an einem Anschlag (46) anliegt (Figur 1 ).