DE10036546A1

DE10036546A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrichtungen in Rotationskolbenbauart

Info

Publication number: DE10036546A1
Application number: DE10036546A
Authority: DE
Inventors: Martin Scheidt; Andreas Straus; Michael Haag
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: US20020011226A1; US6453858B2; DE10036546B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart, welche aus einem mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2) und aus einem drehfest mit einer Nockenwelle verbundenen Flügelrad (3) besteht. Das Antriebsrad (2) weist einen durch eine Umfangswand (4) und zwei Seitenwände (5, 6) gebildeten Hohlraum auf, in dem durch mindestens zwei Begrenzungswände (8, 9) mindestens ein hydraulischer Arbeitsraum (10) gebildet ist. DOLLAR A Das Flügelrad (3) weist mindestens einen radialen Flügel (12) auf und unterteilt mit jedem Flügel (12) einen hydraulischen Arbeitsraum (10) in zwei hydraulische Druckkammern (13, 14), die bei Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Flügelrades (3) gegenüber dem Antriebsrad (2) bewirken. Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird die Nockenwelle in eine für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugte Basisposition verdreht, in der das Flügelrad (3) mit dem Antriebsrad (2) durch eine Verriegelung mechanisch miteinander koppelbar sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Verriegelung als zwischen dem Flügelrad (3) und dem Antriebsrad (2) angeordneter käfiggeführter Freilauf (16) ausgebildet, der mindestens einen die der Basisposition der Nockenwelle entgegengesetzte Drehrichtung des Flügelrades (3) sperrenden Klemmkörper (17) aufweist und ...

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an hydrauli schen Nockenwellen-Verstelleinrichtungen in Rotationskolbenbauart realisier bar.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist gattungsbildend aus der DE 198 44 473 A1 vor bekannt. Diese, als sogenannte Flügelzellen-Verstelleinrichtung ausgebildete Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad und aus einem drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad. Das Antriebsrad weist dabei einen durch eine hohlzylindrische Um fangswand und zwei Seitenwände gebildeten Hohlraum auf, in dem durch vier radiale Begrenzungswände vier hydraulische Arbeitsräume gebildet werden. Das Flügelrad weist dementsprechend am Umfang seiner Radnabe vier sich radial jeweils in einem Arbeitsraum des Antriebsrades erstreckende Flügel auf, die jeden Arbeitsraum in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern unterteilen. Diese Druckkammern bewirken bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Flügelrades gegenüber dem Antriebs rad und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle. Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird die Nockenwelle durch eine zwischen dem Flügel rad und dem Antriebsrad wirkende Hilfsenergie in eine für den Start der Brenn kraftmaschine bevorzugte Basisposition verdreht, in der das Flügelrad mit dem Antriebsrad durch eine Verriegelung mechanisch miteinander gekoppelt wer den. Diese Verriegelung wird bei dieser Vorrichtung durch einen in einer Ra dialbohrung in einer Begrenzungswand des Antriebsrades beweglich angeord neten, federbeaufschlagten Verriegelungspin gebildet, der in der Basisposition der Nockenwelle in eine zwischen zwei Flügeln in der Radnabe des Flügelra des angeordnete radiale Aufnahmebohrung einrastet. Die Aufnahmebohrung ist dabei mit der Druckmittelzuführung zu den in der Basisposition der Nocken welle volumenminimierten Druckkammern der Vorrichtung hydraulisch verbun den, so dass bei der beim Neustart der Brennkraftmaschine erfolgenden Druckbeaufschlagung dieser Druckkammern der verriegelte Verriegelungspin entgegen seiner Federbeaufschlagung in die Radialbohrung in der Begren zungswand hineingeschoben und somit hydraulisch wieder entriegelt wird.

Eine weitere Möglichkeit, das Flügelrad mit dem Antriebsrad einer Nockenwel len-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart mechanisch miteinander zu koppeln, ist durch die in der DE-OS 196 23 818 offenbarte Vorrichtung be kannt. Diese als sogenannte Schwenkflügel-Verstelleinrichtung ausgebildet Vorrichtung entspricht vom Aufbau her grundsätzlich der zuvor beschriebenen Flügelzellen-Verstelleinrichtung, weist jedoch massivere Flügel am Flügelrad und zumeist nur zwei bis drei hydraulische Arbeitsräume auf. Die mechanische Koppelung des Flügelrades mit dem Antriebsrad erfolgt bei dieser Vorrichtung durch einen innerhalb einer Axialbohrung in einem Flügel des Flügelrades verschiebbar angeordneten, ebenfalls federbeaufschlagten Verriegelungspin, der in der Basisposition der Nockenwelle in eine axiale Aufnahmebohrung in einer der Seitenwände des Antriebsrades einrastet. Ebenso wie bei der zuvor be schriebenen Vorrichtung ist diese Aufnahmebohrung mit der Druckmittelzufüh rung der in eine Richtung wirkenden hydraulischen Druckkammern der Vor richtung verbunden, so dass bei Druckbeauschlagung dieser Druckkammern der verriegelte Verriegelungspin in gleicher Weise wieder hydraulisch entrie gelt und in die Axialbohrung im Flügel des Flügelrades geschoben wird.

Diese zum einen als Radialverriegelungspin und zum anderem als Axialverrie gelungspin ausgebildeten Verriegelungen zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart haben jedoch den Nachteil, dass sie aus einer Mehrzahl zusätzlicher Einzel teile sowie zusätzlicher Druckmittelleitungen und Aufnahmebohrungen gebildet werden, die den Fertigungs- und Montageaufwand und damit die Herstellungs kosten einer derartig ausgebildeten Vorrichtung nachteilig erhöhen. Desweite ren haben sich derartige Verriegelungen dahingehend als nachteilig erwiesen, dass die Stirnfläche der Verriegelungspins als zum Entriegeln nutzbare Druck angriffsfläche relativ klein ausgebildet ist, so dass sich ein zum Entriegeln aus reichender Druckmitteldruck erst relativ spät aufbaut und die Entriegelungszeit der Vorrichtung verzögert. Darüber hinaus besteht bei diesen Vorrichtungen grundsätzlich die Gefahr, dass der auf die mit dem Verriegelungspin verbunde nen Druckkammern geschaltete Druckmitteldruck sich zeitlich eher in diesen Druckkammern als am Verriegelungspin aufbaut und somit zwischen dem Flü gelrad und dem Antriebsrad ein Verspannmoment erzeugt, durch welches der Verriegelungspin in seiner Verriegelungsstellung verklemmt und eine Verstel lung der Vorrichtung unmöglich wird.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Ver ändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrichtung im Rotationskolbenbauart, zu konzipieren, bei welcher das Flügelrad und das Antriebsrad durch eine Verriegelung mechanisch miteinander koppelbar sind, die sich durch eine geringe Anzahl von Einzelteilen und durch einen geringen Ferti gungs- und Montageaufwand auszeichnet sowie mit einer zum schnellen hy draulischen Entriegeln ausreichenden Druckangriffsfläche ausgebildet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Verriegelung zur mechanischen Koppelung des Flügelrades mit dem Antriebsrad durch mindestens einen zwi schen diesen angeordneten käfiggeführten Freilauf gebildet wird, der minde stens einen die der Basisposition der Nockenwelle entgegengesetzte Dreh richtung des Flügelrades sperrenden Klemmkörper aufweist und dessen Käfig zumindest mit Teilen seiner Oberfläche zugleich als Druckangriffsfläche für das hydraulische Druckmittel bei der hydraulischen Entriegelung des Freilaufs aus gebildet ist.

Als besonders bevorzugte Ausführungsform hat es sich dabei als ausreichend erwiesen, die Verriegelung der Vorrichtung nur durch einen erfindungsgemä ßen Freilauf zu bilden, in dessen Käfig auch nur ein Klemmkörper geführt wird, da die Verriegelung somit den geringstmöglichen Fertigungs- und Montageauf wand verursacht. Zur weiteren Kostensenkung für die Verriegelung der Vor richtung ist es darüber hinaus vorteilhaft, den Klemmkörper des Freilaufs als einfache Wälzlagernadel auszubilden und den Käfig des Freilaufes aus einem temperaturbeständigen Kunststoff herzustellen. Vom Schutzumfang der Erfin dung sollen jedoch auch solche Lösungen eingeschlossen sein, bei denen der Freilauf mehrere Klemmkörper, beispielsweise zwei oder mehrere nebeneinan der angeordnete Wälzlagerkugeln, aufweist und/oder bei denen der Käfig aus einem anderen Werkstoff als Kunststoff besteht.

In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrich tung wird es desweiteren vorgeschlagen, den Käfig des Freilaufs bevorzugt mit einem L-förmigen Profilquerschnitt auszubilden und in einer ebenfalls im Profil querschnitt L-förmigen Winkelaussparung in einer Begrenzungswand des An triebsrades anzuordnen. Diese Winkelaussparung ist zumindest teilweise in die Radialstirnseite der Begrenzungswand und zumindest teilweise in eine der beiden Flügelanschlagflächen der Begrenzungswand eingearbeitet, so dass der gesamte Freilauf innerhalb der Ursprungskontur der Begrenzungswand aufgenommen wird. Die Flügelanschlagfläche, in welche die Winkelaussparung eingearbeitet ist, ist dabei bevorzugt diejenige Seitenfläche der Begrenzungs wand, die in der der Basisposition der Nockenwelle entsprechenden Schwenk stellung des Flügelrades eine der beim Start der Brennkraftmaschine druckbe aufschlagten Druckkammern der Vorrichtung begrenzt. Darüber hinaus ist es aus fertigungstechnischer Sicht vorteilhaft, die Winkelaussparung für den Freilauf über die gesamte Axialbreite des Antriebsrades in die Begrenzungs wand einzuarbeiten. Bei der variabel wählbaren Länge der beiden Schenkel der Winkelaussparung ist es dagegen von Vorteil, sowohl einen von der Um fangswand des Antriebsrad ausgehenden kleineren Teil der Flügelanschlagflä che der Begrenzungswand als auch einen möglichst großen Teil der Radial stirnseite der Begrenzungswand in ihrer Ursprungskontur zu belassen, damit einerseits weiterhin ein Anschlag für den mit dieser Seite der Begrenzungs wand in Wirkkontakt stehenden Flügel des Flügelrades vorhanden ist und an dererseits der Dichtspalt zwischen der Radialstirnseite dieser Begrenzungs wand und der Radnabe des Flügelrades noch eine zum Abdichten der benach barten hydraulischen Druckkammern ausreichende Länge aufweist. In alterna tiver Ausbildung der Winkelaussparung in der Begrenzungswand des Antriebs rades ist es jedoch auch möglich, diese schmaler als die Axialbreite des An triebsrades auszubilden und somit nur über einen Teil der Axialbreite des An triebsrades in die Begrenzungswand einzuarbeiten. In diesem Fall wäre es auch denkbar, den in die Flügelanschlagfläche der Begrenzungswand eingear beiteten Schenkel der Winkelaussparung über deren gesamte Höhe in die Be grenzungswand einzuarbeiten, da der verbleibende Teil der Axialbreite der Begrenzungswand somit als Flügelanschlagfläche für den Flügel des Flügelra des wirken kann. Ein solcher, über die gesamte Höhe der Begrenzungswand eingearbeiteter Schenkel der Winkelaussparung ist aber auch grundsätzlich bei der bevorzugten Ausbildung der Winkelaussparung über die gesamte Axialbreite des Antriebsrades möglich, da die Endstellung des mit dieser Be grenzungswand in Wirkkontakt stehenden Flügels durch die Anschlagflächen der weiteren Flügel des Flügelrades mit definiert wird.

Weiterhin wird es in vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausge bildeten Vorrichtung vorgeschlagen, dass der erste Profilschenkel des L-profil förmigen Käfigs des Freilaufes einerseits als Druckangriffsfläche für das hy draulische Druckmittel ausgebildet ist und andererseits mit einem sich gegen den ausgesparten Teil der Flügelanschlagfläche der Begrenzungswand abstüt zenden, in Sperrrichtung des Freilaufes wirkenden Federmittel in Wirkverbin dung steht. Die Druckangriffsfläche an diesem ersten Profilschenkel wird dabei durch diejenige seiner beiden Seitenflächen gebildet, die in die beim Start der Brennkraftmaschine druckbeaufschlagte Druckkammer der Vorrichtung wei send angeordnet ist. Die Größe dieser Druckangriffsfläche ist darüber hinaus abhängig von der Auswahl der zuvor beschriebenen Ausbildungsmöglichkeiten der Winkelaussparung, da der im ausgesparten Teil der Flügelanschlagfläche angeordnete erste Profilschenkel des Käfigs des Freilaufes die Winkelausspa rung zur Vermeidung eines unerwünschten Druckaufbaus hinter dem Freilauf weitestgehend druckmitteldicht verschließen muss und somit dessen Druckan griffsfläche grundsätzlich annähernd mit den Abmessungen des aussparten Teils der Flügelanschlagfläche in der Begrenzungswand auszubilden ist. Ne ben den genannten fertigungstechnischen Vorteilen hat es sich somit auch zur Erzielung einer möglichst großen Druckangriffsfläche am ersten Profilschenkel des Käfigs als vorteilhaft erwiesen, die Winkelaussparung für den Freilauf über die gesamte Axialbreite des Antriebsrades in die Begrenzungswand einzuar beiten und einen dementsprechend ausgebildeten Käfig in diese Winkelaus sparung einzusetzen, da somit bereits bei geringem Druckaufbau in den beim Start der Brennkraftmaschine beaufschlagten Druckkammern der Vorrichtung eine zum hydraulischen Entriegeln des Freilaufes ausreichende Kraft an der Druckangriffsfläche des Käfigs anliegt.

Das in Sperrichtung des Freilaufes wirkende Federmittel kann dabei bei einem aus Kunststoff bestehenden oder auch als Biegestanzteil ausgebildeten Käfig besonders vorteilhaft durch eine oder mehrere an der der Druckangriffsfläche gegenüberliegenden Seitenfläche des ersten Profilschenkels in einem spitzen Winkel zu diesen angeformte Federzunge(n) gebildet werden, deren Federkraft durch deren Winkelstellung und/oder Materialstärke definierbar ist. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, als gesonderte Teile ausgebildete Federmit tel, beispielsweise Flachbiegefedern, Druckschraubenfedern oder Elastomer kissen oder dergleichen, zu verwenden, die entweder am ausgesparten Teil der Flügelanschlagfläche der Begrenzungswand oder am ersten Profilschenkel des Käfigs befestigt sind und sich gegen die jeweils gegenüberliegende Fläche abstützen.

Als weiteres Merkmal des ersten Profilschenkels des Käfigs des Freilaufes wird des darüber hinaus noch vorgeschlagen, dass an dessen freies Ende zusätz lich ein im Profilquerschnitt kreisförmiger Bund angeformt ist, mit welchem der Käfig des Freilaufes in einer im ausgesparten Teil der Flügelanschlagfläche der Begrenzungswand zusätzlich eingearbeiteten Rundnut formschlüssig arre tierbar ist. Diese Rundnut ist bevorzugt in der Nähe des sich durch die Winke laussparung in der Flügelanschlagfläche ergebenden Hohlwinkels angeordnet und ebenso wie die Winkelaussparung über die gesamte Axialbreite des An triebsrades in die Begrenzungswand eingearbeitet. Der im Profilquerschnitt kreisförmige Bund ist dagegen bevorzugt durch Abwinkeln der Randpartie des ersten Profilschenkels von etwa 45° derart versetzt zu diesem Profilschenkel angeordnet, dass nach der Montage des Käfigs durch seitliches Einschieben in die Rundnut ein Zwischenraum zwischen dem Profilschenkel und dem ausge sparten Teil der Flügelanschlagfläche zur Aufnahme des Federmittels des Frei laufes entsteht und gleichzeitig die erforderliche Schwenkbarkeit des Käfigs innerhalb seiner Arretierung gewährleistet ist. Denkbar wäre es jedoch auch, den ersten Profilschenkel des Käfigs an seiner Randpartie im Profilquerschnitt Z-förmig gekröpft auszubilden und durch Verschrauben oder dergleichen im ausgesparten Teil der Flügelanschlagfläche an der Begrenzungswand zu befestigen, wobei der gekröpfte Mittelsteg zugleich das Federmittel des Freilaufes bilden könnte.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ragt der zweite Profilschenkel des Käfigs des Freilaufs dementsprechend in den in die Radialstirnseite der Begrenzungswand des Antriebsrades eingearbeiteten Teil der Winkelaussparung derart hinein, dass der in diesem zweiten Profil schenkel gelagerte Klemmkörper des Freilaufes zwischen der Mantelfläche der Radnabe des Flügelrades und den ausgesparten Teil der Radialstirnseite der Begrenzungswand angeordnet ist. Zur Realisierung der Sperrwirkung des Frei laufes weist dabei der ausgesparte Teil der Radialstirnseite der Begrenzungs wand in seinem begrenzungswandseitigen Endbereich einen Abstand zur Mantelfläche der Radnabe des Flügelrades auf, der größer als der Durchmes ser des Klemmkörpers des Freilaufs ist, während der ausgesparte Teil der Ra dialstirnseite in seinem druckkammerseitigen Endbereich einen kleiner als der Durchmesser des Klemmkörpers ausgebildeten Abstand zur Mantelfläche der Radnabe des Flügelrades aufweist. Die somit in Sperrichtung des Freilaufes entstehende konische Verjüngung des in die Radialstirnseite der Begren zungswand eingearbeiteten Teil der Winkelaussparung ist bevorzugt mit einem Winkel im Selbsthemmungsbereich des Klemmkörpers des Freilaufes ausge bildet und bewirkt, dass nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine bzw. bei Unterschreitung eines bestimmten Druckmitteldruckes in der vom Freilauf be grenzten Druckkammer der Vorrichtung der Klemmkörper des Freilaufes durch das Federmittel am Käfig des Freilaufes aus seiner bisher vom Druckmittel druck gehaltenen Entsperrstellung im begrenzungswandseitigen Endbereich des ausgesparten Teils der Radialstirnseite der Begrenzungswand in seine Sperrstellung im druckkammerseitigen Endbereich des ausgesparten Teils der Radialstirnseite bewegt wird und das Antriebsrad mit dem Flügelrad der Vor richtung gegeneinander verklemmt bzw. mechanisch miteinander koppelt. Be findet sich dabei das Flügelrad in einer Schwenkstellung, die nicht der für den Neustart der Brennkraftmaschine bevorzugten Basisposition der Nockenwelle entspricht, bilden die beim Auslaufen der Brennkraftmaschine weiter wirkenden Wechselmomente der Nockenwelle gleichzeitig die Hilfsenergie zum Bewegen des Flügelrades in diese Basisposition, indem der entgegen der Sperrichtung des Freilaufs wirkende und durch diesen nicht gehemmte Anteil der Wechsel momente zum Verdrehen des Flügelrades in Richtung der Basisposition ge nutzt wird, während der in Sperrichtung des Freilaufes wirkende Anteil der Wechselmomente durch den Freilauf gehemmt bzw. weggeschnitten wird.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist es schließlich noch, dass der in Entsperrrichtung hinter dem Klemmkörper entste hende Hohlraum zwischen dem ausgesparten Teil der Radialstirnseite der Be grenzungswand des Antriebsrades und der Mantelfläche der Radnabe des Flügelrades bevorzugt durch eine zusätzliche Entlüftungsleitung druckentlast bar ist. Diese Entlüftungsleitung ist bevorzugt als in eine der Seitenwände des Antriebsrades eingearbeitete Radialnut ausgebildet, die in Verlängerung des durch die Winkelaussparung an der Radialstirnseite der Begrenzungswand entstehenden Radialabsatzes dieser Begrenzungswand beginnt und in eine in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abgeleitete Druckmittelleitung inner halb der Vorrichtung mündet. Durch die Entlüftungsleitung wird erreicht, dass sich in dem hinter dem Klemmkörper angeordneten Hohlraum kein leckagebe dingtes Druckmittelpolster aufbaut, welches beim Start der Brennkraftmaschine bzw. bei Druckbeaufschlagung der vom Freilauf begrenzten Druckkammer der Vorrichtung eine Bewegung des Freilaufes in seine Entsperrstellung erschwe ren oder sogar verhindern würde, sondern dass das sich in diesem Hohlraum sammelnde hydraulischen Druckmittel ständig als Leckage aus der Vorrichtung abgeführt wird. Zur weiteren Verbesserung der Druckentlastung des hinter dem Klemmkörper angeordneten Hohlraums ist es dabei auch möglich, nicht nur in eine Seitenwand sondern in beide Seitenwände des Antriebsrades derartige Radialnuten als Entlüftungsleitungen einzuarbeiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gas wechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Noc kenwellen-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart, weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, dass die Verriegelung zur mechanischen Koppelung des Antriebsrades mit dem Flügelrad durch einen konstruktiv einfach ausgebildten Freilauf gebildet wird, der sich durch eine minimale Anzahl von Einzelteilen sowie durch einen geringen Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnet und somit eine äußerst kosten günstige Herstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung er möglicht. Darüber hinaus ist bei einer Vorrichtung mit einer derartigen Verrie gelung die gesamte Fläche des ersten Profilschenkels des L-profilförmigen Käfigs des Freilaufes als zum Entriegeln der Vorrichtung nutzbare Druckan griffsfläche ausgebildet, so dass sich der zum Entriegeln notwendige Druck mitteldruck schnellstmöglich aufbauen kann und die Entriegelungszeit gegen über mechanische Verriegelungen verkürzt wird. Ebenso ist es bei einer erfin dungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung durch den Aufbau und die Wirkungs weise der Freilauf-Verriegelung ausgeschlossen, dass ein auf die beim Start der Brennkraftmaschine zuerst beaufschlagten Druckkammern geschalteter Druckmitteldruck zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad ein die Ver stellung der Vorrichtung behinderndes Verspannmoment erzeugt, so dass auch die Ver- und Entriegelungszuverlässigkeit der Freilauf-Verriegelung höher als bei bekannten mechanischen Verriegelungen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher er läutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei in:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete Noc kenwellen-Verstelleinrichtung in Rotationskolbenbauart bei entfernter nockenwellenabgewandter Seitenwand;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit X nach Fig. 1 auf die Freilauf-Verriegelung der erfindungsgemäß ausgebildeten Noc kenwellen-Verstelleinrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Fig. 1 geht deutlich eine als hydraulische Nockenwellen-Verstellein richtung in Rotationskolbenbauart ausgebildete Vorrichtung 1 hervor, mit wel cher die Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brenn kraftmaschine variiert werden können. Diese Vorrichtung 1 besteht im wesent lichen aus einem mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftma schine in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad 2 und aus einem drehfest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad 3. Das Antriebsrad 2 weist dabei einen durch eine hohlzylindrische Umfangswand 4 und durch zwei in Fig. 2 angedeutete Sei tenwände 5, 6 gebildeten Hohlraum 7 auf, in dem durch fünf radiale Begren zungswände 8, 9 fünf hydraulische Arbeitsräume 10 gebildet werden. Weiterhin ist in Fig. 1 zu sehen, dass das Flügelrad 3 am Umfang seiner Radnabe 11 fünf sich radial in jeweils einen Arbeitsraum 10 des Antriebsrades 2 erstrec kende Flügel 12 aufweist, welche die Arbeitsräume 10 in jeweils zwei gegen einander wirkende Druckkammern 13, 14 unterteilen, die bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Flügelrades 3 gegenüber dem Antriebs rad 2 und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle bewirken.

Ein weiteres Merkmal der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 1 ist es, dass beim Abschalten der Brennkraftmaschine die Nockenwelle durch eine zwischen dem Flügelrad 3 und dem Antriebsrad 2 wirkende Hilfsenergie in eine für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugte Basisposition verdreht wird, in der das Flügelrad 3 mit dem Antriebsrad 2 durch eine bei erneuter Druckbeauf schlagung der Vorrichtung 1 hydraulisch wieder entriegelbare Verriegelung 15 mechanisch koppelbar ist. Diese Verriegelung 15 wird bei der abgebildeten Vorrichtung 1 erfindungsgemäß durch einen in Fig. 2 näher dargestellten, zwischen dem Antriebsrad 2 und dem Flügelrad 3 angeordneten käfiggeführten Freilauf 16 gebildet, der einen die der Basisposition der Nockenwelle entge gengesetzte Drehrichtung des Flügelrades 3 sperrenden Klemmkörper 17 auf weist und dessen Käfig 18 zumindest mit Teilen seiner Oberfläche zugleich als Druckangriffsfläche 19 für das hydraulische Druckmittel bei der hydraulischen Entriegelung des Freilaufes 16 ausgebildet ist. Bei der in den Zeichnungen gezeigten Vorrichtung 1, die beispielhaft als eine an einer Einlaßnockenwelle montierte Flügelzellen-Verstelleinrichtung dargestellt und deren Flügelrad 3 in der in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeuteten, einer "Spätstellung" der Noc kenwelle entsprechenden Basisposition mit dem Antriebsrad 2 koppelbar ist, weist der Freilauf 16 dabei einen als Wälzlagernadel ausgebildeten Klemmkör per 17 sowie einen aus einem temperaturbeständigen Kunststoff bestehenden Käfig 18 auf.

In Fig. 2 ist desweiteren deutlich erkennbar, dass der Käfig 18 des Freilaufs 16 einen L-förmigen Profilquerschnitt aufweist und innerhalb einer teilweise in die Radialstirnseite 20 und teilweise in die Flügelanschlagfläche 21 einer Be grenzungswand 9 des Antriebsrades 2 eingearbeiteten, im Profilquerschnitt ebenfalls L-förmigen Winkelaussparung 23 angeordnet ist, die sich über die gesamte Axialbreite des Antriebsrades 2 erstreckt und bei einer an einer Aus laßnockenwelle montierten Vorrichtung 1 spiegelverkehrt in die Flügelan schlagfläche 22 und in die Radialstirnseite 20 einer Begrenzungswand 8 ein zuarbeiten ist.

Der erste Profilschenkel 24 des Käfigs 18 des Freilaufs 16 ist dabei mit der Seitenfläche, die in die beim Start der Brennkraftmaschine druckbeaufschlagte Druckkammer 13 weist, als Druckangriffsfläche 19 für das hydraulische Druck mittel ausgebildet, während er an der gegenüberliegenden Seitenfläche ein sich gegen den ausgesparten Teil der Flügelanschlagfläche 21 der Begren zungswand 9 abstützendes, in Sperrichtung des Freilaufs 16 wirkendes Fe dermittel 25 aufweist. Dieses Federmittel ist als im spitzen Winkel an diesem Profilschenkel 24 angeformte Kunststoff-Federzunge ausgebildet, die sich ebenfalls über die gesamte Axialbreite des Antriebsrades 2 erstreckt. An das freie Ende des ersten Profilschenkels 24 des Käfigs 18 des Freilaufs 16 ist darüber hinaus ein mit der Randpartie des Profilschenkels 24 leicht abgewin kelter, im Profilquerschnitt kreisförmiger Bund 26 angeformt, mit welchem der Freilauf 16 in einer im ausgesparten Teil der Flügelanschlagfläche 21 der Be grenzungswand 9 eingearbeiteten Rundnut 27 formschlüssig arretierbar ist.

Der zweite Profilschenkel 28 des Käfigs 18 des Freilaufs 16 ragt dementspre chend, wie ebenfalls deutlich aus Fig. 2 hervorgeht, in den in die Radialstirn seite 20 der Begrenzungswand 9 des Antriebsrades 2 eingearbeiteten Teil der Winkelaussparung 23 derart hinein, dass der in diesem zweiten Profilschenkel 28 gelagerte Klemmkörper 17 des Freilaufs 16 zwischen der Mantelfläche 29 der Radnabe 11 des Flügelrades 3 und dem ausgesparten Teil der Radialstirn seite 20 der Begrenzungswand 9 des Antriebsrades 2 angeordnet ist. Der aus gesparte Teil der Radialstirnseite 20 der Begrenzungswand 9 ist dabei sich in Sperrichtung des Freilaufs 16 konisch verjüngend ausgebildet, so dass nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine der Klemmkörper 17 des Freilaufs 16 durch das Federmittel 25 am Käfig 18 des Freilaufs 16 aus seiner Entsperr stellung im begrenzungswandseitigen Endbereich des ausgesparten Teils der Radialstirnseite 20 der Begrenzungswand 9 in seine Sperrstellung im druck kammerseitigen Endbereich des ausgesparten Teils der Radialstirnseite 20 bewegt wird und das Antriebsrad 2 mit dem Flügelrad 3 der Vorrichtung 1 ge geneinander verklemmt. Der in Entsperrrichtung des Freilaufs 16 hinter dem Klemmkörper 17 entstehende Hohlraum 30 zwischen dem ausgesparten Teil der Radialstirnseite 20 der Begrenzungswand 9 des Antriebsrades 2 und der Mantelfläche 29 der Radnabe 11 des Flügelrades 3 ist darüber hinaus durch eine in Fig. 2 nur angedeutete Entlüftungsleitung 31 druckentlastbar, die als in die Seitenwand 5 des Antriebsrades 2 eingearbeitete Radialnut ausgebildet und zur Ableitung von sich in dem Hohlraum 30 sammelnden Druckmittellecka gen vorgesehen ist.

Bezugszahlenliste

1

Vorrichtung

2

Antriebsrad

3

Flügelrad

4

Umfangswand

5

Seitenwand

6

Seitenwand

7

Hohlraum

8

Begrenzungswand

9

Begrenzungswand

10

Arbeitsraum

11

Radnabe

12

Flügel

13

Druckkammer

14

Druckkammer

15

Verriegelung

16

Freilauf

17

Klemmkörper

18

Käfig

19

Druckangriffsfläche

20

Radialstirnseite

21

Flügelanschlagfläche

22

Flügelanschlagfläche

23

Winkelaussparung

24

erster Profilschenkel

25

Federmittel

26

Bund

27

Rundnut

28

zweiter Profilschenkel

29

Mantelfläche

30

Hohlraum

31

Entlüftungsleitung

Claims

1. Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere hydraulische Nockenwellen-Verstelleinrich tung in Rotationskolbenbauart, mit im wesentlichen folgenden Merkmalen:

- die Vorrichtung (1) besteht aus einem mit einer Kurbelwelle der Brenn kraftmaschine in Antriebsverbindung stehendem Antriebsrad (2) und aus einem drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunde nem Flügelrad (3),
- das Antriebsrad (2) weist einen durch eine hohlzylindrische Umfangswand (4) und zwei Seitenwände (5, 6) gebildeten Hohlraum (7) auf, in dem durch min destens zwei radiale Begrenzungswände (8, 9) mindestens ein hydraulischer Arbeitsraum (10) gebildet wird,
- das Flügelrad (3) weist am Umfang seiner Radnabe (11) mindestens einen sich radial in einen Arbeitsraum (10) des Antriebsrades (2) erstreckenden Flügel (12) auf, der diesen in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydrauli sche Druckkammern (13, 14) unterteilt,
- die Druckkammern (13, 14) bewirken bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbe wegung oder Fixierung des Flügelrades (3) gegenüber dem Antriebsrad (2) und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle,
- beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird die Nockenwelle durch ei ne zwischen dem Flügelrad (3) und dem Antriebsrad (2) wirkende Hilfse nergie in eine für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugte Basispo sition verdreht,
- in der Basisposition der Nockenwelle ist das Flügelrad (3) mit dem An triebsrad (2) durch eine Verriegelung (15) mechanisch koppelbar, welche bei erneuter Druckbeaufschlagung der Vorrichtung (1) hydraulisch wieder entriegelbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass
die Verriegelung (15) zur mechanischen Koppelung des Flügelrades (3) mit dem Antriebsrad (2) durch mindestens einen zwischen diesen ange ordneten käfiggeführten Freilauf (16) gebildet wird,
der mindestens einen die der Basisposition der Nockenwelle entgegenge setzte Drehrichtung des Flügelrades (3) sperrenden Klemmkörper (17) aufweist, und
dessen Käfig (18) zumindest mit Teilen seiner Oberfläche zugleich als Druckangriffsfläche (19) für das hydraulische Druckmittel bei der hydrauli schen Entriegelung des Freilaufs (16) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrie gelung (15) der Vorrichtung (1) bevorzugt nur durch einen käfiggeführten Freilauf (16) gebildet wird, der bevorzugt nur einen als Wälzlagernadel aus gebildeten Klemmkörper (17) aufweist und dessen Käfig (18) bevorzugt aus einem temperaturbeständigen Kunststoff besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (18) des Freilaufes (16) bevorzugt einen L-förmigen Profilquerschnitt auf weist und innerhalb einer zumindest teilweise in die Radialstirnseite (20) und zumindest teilweise in eine der Flügelanschlagflächen (21, 22) einer Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) eingearbeiteten, im Profilquer schnitt ebenfalls L-förmigen Winkelaussparung (23) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Profilschenkel (24) des Käfigs (18) des Freilaufes (16) einerseits als Druck angriffsfläche (19) für das hydraulische Druckmittel ausgebildet ist und an dererseits mit einem sich gegen den ausgesparten Teil der Flügelanschlag fläche (21) der Begrenzungswand (9) abstützenden, in Sperrrichtung des Freilaufes (16) wirkenden Federmittel (25) in Wirkverbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an das freie Ende des ersten Profilschenkels (24) des Käfigs (18) des Freilaufes (16) zu sätzlich ein im Profilquerschnitt kreisförmiger Bund (26) angeformt ist, mit welchem der Freilauf (16) in einer im ausgesparten Teil der Flügelanschlag fläche (21) der Begrenzungswand (9) eingearbeiteten zusätzlichen Rundnut (27) formschlüssig arretierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im zwei ten Profilschenkel (28) des Käfigs (18) des Freilaufes (16) gelagerte Klemm körper (17) des Freilaufes (16) bevorzugt zwischen der Mantelfläche (29) der Radnabe (11) des Flügelrades (3) und dem sich in Sperrrichtung des Freilaufes (16) konisch verjüngend ausgebildeten ausgesparten Teil der Ra dialstirnseite (20) der Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) angeord net ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in Ent sperrrichtung des Freilaufes (16) hinter dem Klemmkörper (17) entstehende Hohlraum (30) zwischen dem ausgesparten Teil der Radialstirnseite (20) der Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) und der Mantelfläche (29) der Radnabe (11) des Flügelrades (3) durch eine zusätzliche, bevorzugt als in eine der Seitenwände (6, 7) des Antriebsrades (2) eingearbeitete Radialnut ausgebildete Entlüftungsleitung (31) druckentlastbar ist.