DE10109837A1

DE10109837A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE10109837A1
Application number: DE10109837A
Authority: DE
Inventors: Jens Schaefer; Martin Steigerwald
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die im Wesentlichen aus einer mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit (2) und aus einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebseinheit (11) besteht. Die Antriebseinheit (2) und die Abtriebseinheit (11) bestehen jeweils aus einem Leichtmetall-Werkstoff und stehen über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung (1) gebildete hydraulische Druckkammern (16, 17) in Kraftübertragungsverbindung. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Antriebseinheit (2) innerhalb der Vorrichtung (1) über mehrere radiale Lagerstellen (18, 19) schwenkbar auf der Abtriebseinheit (11) gelagert, wobei zumindest die Oberflächen der einzelnen Radiallagersegmente (20, 22) der Antriebseinheit (2) und der gegenüberliegenden Radiallagersegmente (21, 23) der Abtriebseinheit (11) sowie wahlweise auch die axialen Kontaktflächen (24, 25) zwischen der Antriebseinheit (2) und der Abtriebseinheit (11) mit einer reibungsmindernden Beschichtung ausgebildet sind.

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 bei in Leicht bauweise ausgeführten Rotationskolben-Verstelleinrichtungen zur Drehwinkel verstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle realisierbar.

Hintergrund der Erfindung

Durch die DE 196 23 818 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung zum Verän dern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine be kannt, die als in Leichtbauweise ausgeführte Rotationskolben-Verstelleinrich tung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbel welle ausgebildet und am antriebsseitigen Ende der im Zylinderkopf der Brenn kraftmaschine gelagerten Nockenwelle befestigt ist. Diese, auch als Schwenk flügelversteller bezeichnete Vorrichtung, ist im Prinzip als in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbarer hyd raulischer Stellantrieb ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einer mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden An triebseinheit und aus einer drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftma schine verbundenen Abtriebseinheit. Die Antriebseinheit wird bei dieser Vor richtung durch ein aus einem Leichtmetall-Werkstoff bestehendes Antriebsrad gebildet, in welchem durch eine hohlzylindrische Umfangswand, zwei Seiten wände und mindestens zwei radiale Zwischenwände mindestens zwei hydrauli sche Arbeitsräume gebildet werden. Als Abtriebseinheit ist bei dieser Vorrich tung dagegen ein ebenfalls aus einem Leichtmetall-Werkstoff bestehendes Flügelrad vorgesehen, welches am Umfang seiner Radnabe mindestens zwei Flügel aufweist, die sich radial in die Arbeitsräume des Antriebsrades erstre cken und diese in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druck kammern unterteilen. Werden diese Druckräume dann wahlweise oder gleich zeitig mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt, treten die Antriebs einheit und die Abtriebseinheit der Vorrichtung miteinander in Kraftübertra gungsverbindung und es erfolgt eine Relativverdrehung oder Fixierung der Abtriebseinheit gegenüber der Antriebseinheit bzw. der Nockenwelle gegen über der Kurbelwelle.

Eine solche Vorrichtung hat aufgrund ihrer Leichtbauweise grundsätzlich den Vorteil, dass sie durch ihr verringertes Gewicht zu Einsparungen beim Kraft stoffverbrauch der Brennkraftmaschine beiträgt und dass deren gewichtsver ringerte rotierende Teile geringere Massenträgheitsmomente aufweisen und damit erhöhte Verstellgeschwindigkeiten der Vorrichtung ermöglichen. Gleich zeitig hat die Leichtbauweise bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch den Nachteil, dass die Antriebseinheit extern zur Abtriebseinheit der Vorrichtung gelagert werden muss, um einen aus deren verringerter Materialhärte resultie renden erhöhten Reibverschleiß und damit einer verringerten Funktionssicher heit und Lebensdauer der Vorrichtung entgegenwirken zu können. Durch diese externe Radiallagerung der Antriebseinheit ist es wiederum notwendig, eine der beiden Seitenwände des Antriebsrades mit einem zusätzlichen, sich direkt auf der Nockenwelle der Brennkraftmaschine abstützenden Radiallager auszu bilden, welches durch einen Simmerring oder dergleichen gegen externe Druckmittel-Leckagen abgedichtet werden muss und den axialen Bauraum der Vorrichtung erhöht. Ebenso sind die dadurch fertigungsbedingt größer auszu bildenden Radialspalte zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit innerhalb der Vorrichtung mit zusätzlichen Dichtelementen abzudichten, um interne Druckmittel-Leckagen zwischen den Druckkammern der Vorrichtung zu vermeiden. Derartige Maßnahmen bedingen jedoch in jedem Fall einen erhöh ten Fertigungs- und Montageaufwand für solche Vorrichtungen und wirken sich nachteilig auf deren Herstellungskosten aus.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Vor richtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, zu konzipieren, welche durch Ausbildung ihrer Antriebseinheit und ihrer Abtriebs einheit aus einem Leichtmetall-Werkstoff die Vorteile der Leichtbauweise auf weist und gleichzeitig die Nachteile einer externen Radiallagerung der An triebseinheit zur Abtriebseinheit vermeidet.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Antriebseinheit innerhalb der Vorrichtung über mehrere radiale Lagerstellen schwenkbar auf der Abtriebs einheit gelagert ist und zumindest die Oberflächen der einzelnen Radiallager segmente der Antriebseinheit und der gegenüberliegenden Radiallagerseg mente der Abtriebseinheit sowie wahlweise auch die axialen Kontaktflächen zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit mit einer reibungsmin dernden Beschichtung ausgebildet sind.

In einer ersten zweckmäßigen Ausführungsform ist die erfindungsgemäß aus gebildete Vorrichtung dabei bevorzugt als in Leichtbauweise hergestellter Schwenkflügelversteller oder als Flügelzellenversteller ausgebildet, deren An triebseinheit jeweils durch ein Antriebsrad und ein Flügelrad gebildet werden und beispielsweise aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung bestehen. Bei diesen vom Funktionsprinzip her gleichartigen sich jedoch durch eine mas sivere bzw. eine leichtere Bauweise unterscheidenden Vorrichtungen wird im Antriebsrad in an sich bekannter Weise durch eine hohlzylindrische Umfangs wand, zwei Seitenwände und mindestens eine radiale Zwischenwand mindes tens ein hydraulischer Arbeitsraum gebildet, während das Flügelrad am Um fang seiner Radnabe mindestens einen sich radial in einen Arbeitsraum des Antriebsrades erstreckenden Flügel aufweist, der diesen Arbeitsraum in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern unterteilt.

Das Antriebsrad ist dann erfindungsgemäß innerhalb der Vorrichtung direkt über mehrere radiale Lagerstellen schwenkbar auf dem Flügelrad gelagert, indem dieses sich entweder mit den Radialstirnseiten seiner Zwischenwände auf der Radnabe des Flügelrades oder mit der Innenseite seiner Umfangswand auf den Radialstirnseiten der Flügel des Flügelrades abstützt. Die zwischen der Radnabe des Flügelrades und den Zwischenwänden des Antriebsrades gebil deten Lagerstellen stellen dabei die bevorzugten radialen Lagerstellen zwi schen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit der Vorrichtung dar, während die zwischen den Radialstirnseiten der Flügel des Flügelrades und der Innen seite der Umfangswand des Antriebsrades gebildeten Lagerstellen als alterna tive Lagerstellen zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit der Vor richtung ausgebildet sind. Jede dieser bevorzugten und alternativen Lager stellen weist somit jeweils ein Radiallagersegment an der Antriebseinheit und ein gegenüberliegendes Radiallagersegment an der Abtriebseinheit auf, wobei je nach bevorzugter oder alternativer Lagerung der Antriebseinheit auf der Ab triebseinheit entweder die Oberflächen der Radiallagersegmente der bevor zugten Lagerstellen oder die Oberflächen der Radiallagersegmente der alter nativen Lagerstellen oder auch die Oberflächen der Radiallagersegmente bei der Lagerstellen erfindungsgemäß mit einer reibungsarmen Beschichtung aus gebildet sind. Die axialen Kontaktflächen zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit der Vorrichtung, die bevorzugt ebenfalls mit einer solchen Be schichtung ausgebildet sind, werden bei dieser Ausführung der Vorrichtung durch die axialen Seitenflächen der Radnabe und der Flügel des Flügelrades sowie durch die Innenseiten der Seitenwände des Antriebsrades gebildet.

Bei einer ebenso vorteilhaften zweiten Ausführungsform ist die erfindungsge mäße Vorrichtung demgegenüber bevorzugt als in Leichtbauweise hergestellter Segmentflügelversteller ausgebildet, dessen Antriebseinheit und Abtriebsein heit durch ein Antriebsrad und ein Abtriebsrad gebildet werden und ebenfalls aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung bestehen. Das Antriebsrad be steht dabei aus zwei scheibenförmigen Platten, die durch mindestens eine ko axial zu deren Längsmittelachse angeordnete Distanzhülse und ein durch die se hindurchgeführtes Befestigungsmittel axial zueinander beabstandet mitein ander verbunden sind, während das Abtriebsrad aus einer scheibenförmigen Platte besteht und mindestens einen koaxial zu dessen Längsmittelachse an geordneten sowie kreisringsegmentförmig ausgebildeten axialen Durchbruch aufweist, der als hydraulischer Arbeitsraum der Vorrichtung vorgesehen ist. Das Abtriebsrad ist dann derart zwischen den Platten des Antriebsrades ange ordnet, dass die Distanzhülsen des Antriebsrades die hydraulischen Arbeits räume im Abtriebsrad in jeweils zwei hydraulische Druckkammern unterteilen, die wahlweise oder gleichzeitig mit einem hydraulischen Druckmittel beauf schlagbar sind.

Auch bei dieser Ausführungsform ist das Antriebsrad erfindungsgemäß inner halb der Vorrichtung direkt über mehrere radiale Lagerstellen schwenkbar auf dem Abtriebsrad gelagert, indem dieses sich mit den Außenmantelflächen sei ner Distanzhülsen entweder auf den radial inneren oder auf den radial äußeren Begrenzungswänden der kreisringsegmentförmigen Durchbrüche des Abtriebs rades abstützt. Die zwischen den Außenmantelflächen der Distanzhülsen des Antriebsrades und den inneren Begrenzungswänden der Durchbrüche des Abtriebsrades gebildeten Lagerstellen stellen dabei wieder die bevorzugten Lagerstellen zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit der Vorrich tung dar, während die zwischen den Außenmantelflächen der Distanzhülsen des Antriebsrades und den äußeren Begrenzungswänden der Durchbrüche des Abtriebsrades gebildeten Lagerstellen als alternative Lagerstellen zwi schen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit der Vorrichtung ausgebildet sind. Somit weist jede bevorzugte und jede alternative Lagerstelle wieder je weils ein Radiallagersegment an der Antriebseinheit und ein gegenüberliegen des Radiallagersegment an der Abtriebseinheit auf, wobei die Mantelflächen der Distanzhülsen am Antriebsrad unabhängig von einer bevorzugten oder alternativen Lagerung der Antriebseinheit zur Abtriebseinheit immer die Radi allagersegmente der Antriebseinheit bilden, die in Abhängigkeit von einer be vorzugten oder alternativen Lagerung von Antriebs- und Abtriebseinheit entwe der zusammen mit den Oberflächen der Radiallagersegmente der bevorzugten Lagerstellen an der Abtriebseinheit oder zusammen mit den Oberflächen der Radiallagersegmente der alternativen Lagerstellen an der Abtriebseinheit oder auch zusammen mit den Oberflächen der Radiallagersegmente beider Lager stellen an der Abtriebseinheit erfindungsgemäß mit einer reibungsarmen Be schichtung ausgebildet sind. Die axialen Kontaktflächen zwischen der An triebseinheit und der Abtriebseinheit, die bevorzugt ebenfalls mit einer solchen Beschichtung ausgebildet sind, werden bei dieser Ausführung der Vorrichtung dagegen durch die axialen Seitenflächen der Platte des Abtriebsrades und durch die Innenseiten der beiden Platten des Antriebsrades gebildet.

Unabhängig von den beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird es darüber hinaus als bevorzugtes Fertigungs verfahren zur Herstellung der reibungsarmen Beschichtungen vorgeschlagen, die Oberflächen der betreffenden Radiallagersegmente und axialen Kontaktflä chen durch Anodisieren oder Hartanodisieren zu behandeln. Der bevorzugte Leichtmetall-Werkstoff für die Antriebseinheit und die Abtriebseinheit der Vor richtung ist dabei eine Aluminium-Knetlegierung der EN-Gruppe 6000, aus der sich die Werkstoffe AlMgSiPb, AlMg1SiCu, AlMgSi0,5 oder AlMgSi1 als be sonders geeignet erwiesen haben. Möglich ist jedoch auch die Verwendung von Aluminium-Gusslegierungen oder Aluminium-Sinterlegierungen.

Auf den behandelten Oberflächen dieser Aluminium-Knetlegierungen entsteht dann beim Anodisieren oder Hartanodisieren durch Umwandlung der Material oberfläche eine Eloxal- oder Harteloxalschicht, die bei einer Schichtdicke im Bereich von 5 µm bis 15 µm, beim Anodisieren und bei einer geringfügig höhe ren Schichtdicke im Bereich von 10 µm bis 30 µm beim Hartanodisieren sich als zweckentsprechend erwiesen hat, im Bedarfsfall jedoch auch geringfügig von diesen Vorzugswerten abweichen kann. Derartige Eloxal- oder Harteloxal schichten weisen eine extreme Festigkeit auf und sind im Grundmaterial so gut verankert, dass auch unter starker Belastung ein Abblättern nicht möglich ist. Darüber hinaus entsteht auf solchen Eloxal- oder Harteloxalschichten eine po röse Oberflächenstruktur, die insbesondere bei den behandelten Radiallager segmenten der Vorrichtung in Verbindung mit dem durch das Schmiermittel der Brennkraftmaschine gebildeten hydraulischen Druckmittel der Vorrichtung eine vorteilhafte tribologische Kombination mit geringem Reibungskoeffizienten er gibt, auch wenn nur ein Radiallagersegment je Lagerstelle zwischen der An triebseinheit und der Abtriebseinheit der Vorrichtung mit den genannten Be schichtungen ausgebildet wird.

Zur weiteren Reibwertabsenkung zwischen der Antriebseinheit und der Ab triebseinheit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist es dabei noch möglich, in die durch Anodisieren oder Hartanodisieren entstehenden Eloxal- oder Harteloxalschichten zusätzlich ein Trockenschmiermittel einzubringen. Besonders vorteilhaft haben sich dabei Fluorkunststoffe, wie Polytetrafluor ethylen (Teflon) erwiesen, die in die Oberflächenporen der Eloxal- oder Harte loxalschichten eingelagert werden. Dadurch weisen die behandelten Radialla gersegmente und axialen Kontaktflächen innerhalb der Vorrichtung eine zu sätzliche Imprägnierung sowie einen verbesserten Korrosionsschutz auf und zeichnen sich durch eine vorteilhafte Kombination aus permanenter Schmie rung und hoher Verschleißfestigkeit aus.

Ein alternatives, aber ebenso vorteilhaftes Fertigungsverfahren zur Herstellung der reibungsarmen Beschichtungen ist es dagegen, die Oberflächen der betreffenden Radiallagersegmente und axialen Kontaktflächen durch anodisch plasmachemische Oxidation zu behandeln. Der bevorzugte Leichtmetall-Werk stoff für die Antriebseinheit und die Abtriebseinheit der Vorrichtung ist bei die sem Verfahren eine Magnesium-Druckgusslegierung gemäß DIN EN 1753, von denen die Werkstoffe MgAl3Zn1, MgAl6Zn1, MgAl8Zn1 oder MgAl9Zn1 be sonders geeignet sind. Möglich ist jedoch auch hier die Verwendung geeigne ter Magnesium-Knetlegierungen.

Auf den behandelten Oberflächen dieser Magnesium-Druckgusslegierungen entsteht dann durch anodisch plasmachemische Oxidation eine keramikähnli che Konversationsschicht, die bei einer Schichtdicke im Bereich von 10 µm bis 30 µm am zweckmäßigsten ist, im Bedarfsfall jedoch ebenfalls geringfügig über oder unter diesem Vorzugsbereich liegen kann. Diese keramikähnliche Kon versationsschicht ist eine kristalline Oxydkeramik, die durch einen elektrischen Ladungsausgleich durch die natürliche Sperrschicht der Magnesium-Legierung hindurch, verbunden mit der Ausbildung von Punktwärmequellen und plasma chemischen Prozessen in Form von Gasentladungen auf der Oberfläche der Magnesium-Legierung, erzeugt wird. Derartige Konversationsschichten wach sen zu gleichen Anteilen in den Grundwerkstoff hinein und auf die ursprüngli che Oberfläche auf und sind aufgrund ihrer hohen Dichte sehr verschleißbe ständig. Darüber hinaus entsteht auch bei solchen Oxydkeramikschichten eine porenreiche Oberflächenstruktur, die insbesondere bei den behandelten Radi allagersegmenten der Vorrichtung in Verbindung mit dem hydraulischen Druck mittel der Vorrichtung wieder eine vorteilhafte tribologische Kombination mit geringem Reibungskoeffizienten auch bei nur einseitiger Anwendung je Lager stelle innerhalb der Vorrichtung ergibt.

Ebenso wie bei den Eloxal- oder Harteloxalschichten ist es auch bei den durch anodisch plasmachemische Oxidation entstehenden keramikähnlichen Konver sationsschichten möglich, in deren Oberflächenporen zusätzlich ein Trocken schmiermittel einzulagern, um den Reibungskoeffizienten zwischen der An triebseinheit und der Abtriebseinheit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vor richtung noch weiter abzusenken. Dabei ist es auch hier von Vorteil, Fluor kunststoffe wie Polytetrafluorethylen (Teflon) oder dergleichen zu verwenden, durch welche die behandelten Radiallagersegmente und axialen Kontaktflä chen innerhalb der Vorrichtung eine zusätzliche Imprägnierung und einen ver besserten Korrosionsschutz erhalten und sich ebenso durch eine vorteilhafte Kombination aus permanenter Schmierung und Verschleißfestigkeit auszeich nen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Verändern der Steuerzei ten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotati onskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, dass deren Antriebseinheit und deren Abtriebseinheit aus einem Leichtmetall-Werkstoff wie Aluminium oder Magnesium ausgebildet werden können und dennoch nicht extern radial zueinander gelagert werden müssen. Statt dessen werden die Antriebseinheit und die Abtriebseinheit intern radial zueinander gelagert und die radialen La gerstellen zwischen diesen mit einer verschleißfesten reibungsmindernden Beschichtung ausgebildet, die den aus der verringerten Materialhärte resultie renden erhöhten Reibverschleiß der Vorrichtung vermeidet und deren Herstel lungskosten nur geringfügig erhöht. Dadurch entfällt der Aufwand, die Antriebs einheit mit einem sich direkt auf der Nockenwelle der Brennkraftmaschine ab stützenden Radiallager auszubilden, welches zusätzlich gegen externe Druck mittel-Leckagen abzudichten ist und den axialen Bauraum der Vorrichtung er höht. Ebenso ist es bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung nicht mehr notwendig, die Radialspalte zwischen der Antriebseinheit und der Ab triebseinheit innerhalb der Vorrichtung größer auszubilden und mit zusätzli chen Dichtelementen abzudichten, da die Abdichtung der Radialspalte über ausreichend großdimensionierte Dichtspaltlängen erfolgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert und ist in den zugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt B-B nach Fig. 2 durch eine erfindungsge mäß ausgebildete Vorrichtung in einer ersten Ausführung als Schwenkflügelversteller;

Fig. 2 einen Längsschnitt A-A nach Fig. 1 durch die erfindungsge mäß ausgebildete Vorrichtung in der ersten Ausführung als Schwenkflügelversteller;

Fig. 3 einen Querschnitt Z-Z nach Fig. 4 durch eine erfindungsge mäß ausgebildete Vorrichtung in einer zweiten Ausführung als Segmentflügelversteller;

Fig. 4 einen Längsschnitt X-X nach Fig. 3 durch die erfindungsge mäß ausgebildete Vorrichtung in der zweiten Ausführung als Segmentflügelversteller.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Fig. 1 und 3 geht jeweils eine Vorrichtung 1, 1' zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine hervor, die als Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nocken welle gegenüber einer Kurbelwelle ausgebildet ist. Diese Vorrichtung 1, 1' ist am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gela gerten, in den Zeichnungen jedoch nicht dargestellten Nockenwelle befestigt und im Prinzip als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, der in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Beide Vorrichtungen 1 und 1' bestehen im wesentlichen aus einer mit der eben falls nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebs verbindung stehenden Antriebseinheit 2, 2' und einer drehfest mit der Nocken welle der Brennkraftmaschine verbundenen Abtriebseinheit 11, 11', die jeweils aus einem Leichtmetall-Werkstoff bestehen und über mindestens zwei inner halb der Vorrichtung 1, 1' gebildete hydraulische Druckkammern 16, 17 bzw. 16', 17' miteinander in Kraftübertragungsverbindung stehen.

Um einerseits die Vorteile der Leichtbauweise der Vorrichtungen 1,1' nutzen zu können, gleichzeitig aber die Nachteile einer externen Lagerung der Antriebs einheit 2, 2' zur Abtriebseinheit 11, 11' zu vermeiden, ist erfindungsgemäß bei beiden Vorrichtungen 1, 1' die Antriebseinheit 2, 2' über mehrere Lagerstellen 18, 19 bzw. 18', 19' schwenkbar auf der Abtriebseinheit 11, 11' gelagert. Dabei wird ein erhöhter Reibverschleiß zwischen der Antriebseinheit 2, 2' und der Abtriebseinheit 11, 11' dadurch vermieden, dass die Oberflächen der einzelnen Radiallagersegmente 20, 22 bzw. 20', 22' der Antriebseinheit 2, 2' und der ge genüberliegenden Radiallagersegmente 21, 23 bzw. 21', 23' der Abtriebsein heit 11, 11' sowie die in den Fig. 2 und 4 sichtbaren axialen Kontaktflächen 24, 25 bzw. 24', 25' zwischen der Antriebseinheit 2, 2' und der Abtriebseinheit 11, 11' mit einer reibungsmindernden Beschichtung ausgebildet sind.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform einer als Schwenkflügelversteller ausgebildeten Rotationskolben-Verstelleinrichtung werden die Antriebseinheit 2 und die Abtriebseinheit 11 dabei durch ein An triebsrad 3 und ein Flügelrad 12 gebildet, die jeweils aus einer Aluminiumknet legierung der EN-Gruppe 6000 bestehen. Deutlich sichtbar weist das Antriebs rad 3 einen durch eine hohlzylindrische Umfangswand 4 und zwei Seitenwände 5, 6 gebildeten Hohlraum auf, in dem durch vier radiale Zwischenwände 7 vier hydraulische Arbeitsräume 8 gebildet werden. Das Flügelrad 12 weist dement sprechend am Umfang seiner Radnabe 13 vier sich radial in die Arbeitsräume 8 des Antriebsrades 3 erstreckende Flügel 14 auf, welche die Arbeitsräume 8 in jeweils zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 16, 17 unterteilen. Das Antriebsrad 3 ist dann über vier radiale Lagerstellen 18 oder 19 schwenkbar auf dem Flügelrad 12 gelagert, wobei die zwischen der Radnabe 13 des Flü gelrades 12 und den Radialstirnseiten 9 der Zwischenwände 7 des Antriebsra des 3 gebildeten Lagerstellen die bevorzugten Lagerstellen 18 darstellen, wäh rend die zwischen den Radialstirnseiten 15 der Flügel 14 des Flügelrades 12 und der Innenseite 10 der Umfangswand 4 des Antriebsrades 3 gebildeten Lagerstellen als alternative Lagerstellen 19 ausgebildet sind. Jede dieser be vorzugten und alternativen Lagerstellen 18, 19 weist somit ein Radiallager segment 20, 22 am Antriebsrad 3 und ein gegenüberliegendes Radiallager segment 21, 23 am Flügelrad 12 auf, die zusammen mit den in Fig. 2 ange deuteten axialen Kontaktflächen 24, 25, welche durch die axialen Seitenflächen der Radnabe 13 und der Flügel 14 des Flügelrades 12 sowie durch die Innen seiten der Seitenwände 5, 6 des Antriebsrades 3 gebildet werden, durch Hart anodisieren mit einer reibungsarmen Beschichtung ausgebildet sind. Die Schichtdicke der auf den behandelten Oberflächen durch Hartanodisieren ent stehenden und in den Zeichnungen durch Schraffur übertrieben dargestellten Harteloxalschichten beträgt dabei etwa 20 µm, in welche zur weiteren Reib wertabsenkung zwischen dem Antriebsrad 3 und dem Flügelrad 12 zusätzlich Polytetrafluorethylen als Trockenschmierstoff eingebracht ist.

Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten zweiten Ausführungsform einer als Segmentflügelversteller ausgebildeten Rotationskolben-Verstelleinrichtung werden die Antriebseinheit 2' und die Abtriebseinheit 11' dagegen durch ein Antriebsrad 26 und ein Abtriebsrad 32 gebildet, die jeweils aus einer Magnesi um-Druckgusslegierung gemäß DIN EN 1753 bestehen. Aus den Zeichnungen ist dabei erkennbar, dass das Antriebsrad 26 aus zwei scheibenförmigen Plat ten 27, 28 besteht, die durch fünf koaxial zu deren Längsmittelachse angeord nete Distanzhülsen 29 und durch diese hindurch geführte Befestigungsmittel 30 axial zueinander beabstandet miteinander verbunden sind. Das Abtriebsrad 32 besteht dagegen nur aus einer, etwas stärker ausgebildeten scheibenförmi gen Platte 33 und weist dementsprechend fünf koaxial zu dessen Längsmit telachse angeordnete sowie kreisringsegmentförmig ausgebildete axiale Durchbrüche 34 auf, die als hydraulische Arbeitsräume 8' der Vorrichtung 1' vorgesehen sind. Die Platte 33 des Abtriebsrades 32 ist dann derart zwischen den Platten 27, 28 des Antriebsrades 26 angeordnet, dass dessen Distanzhül sen 29 die hydraulischen Arbeitsräume 8' im Antriebsrad 26 wieder in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern 16', 17' unterteilen. Dabei ist das Antriebsrad 26 über fünf radiale Lagerstellen 18' oder 19' schwenkbar auf dem Abtriebsrad 32 gelagert, von denen die zwischen den Außenmantelflächen 31 der Distanzhülsen 29 des Antriebsrades und den inne ren Begrenzungswänden 35 der Durchbrüche 34 des Abtriebsrades 32 gebil deten Lagerstellen wieder die bevorzugten Lagerstellen 18' darstellen, wäh rend die zwischen den Außenmantelflächen 31 der Distanzhülsen 32 des An triebsrades 26 und den äußeren Begrenzungswänden 36 der Durchbrüche 34 des Abtriebsrades 32 gebildeten Lagerstellen als alternative Lagerstellen 19' ausgebildet sind. Somit weist auch bei dieser Vorrichtung 1' jede bevorzugte und alternative Lagerstelle 18', 19' ein Radiallagersegment 20', 22' am An triebsrad 26 und ein gegenüberliegendes Radiallagersegment 21', 23' am Ab triebsrad 32 auf, die zusammen mit den in Fig. 4 sichtbaren axialen Kontakt flächen 24', 25', welche bei dieser Ausführung durch die axialen Seitenflächen der Platte 33 des Abtriebsrades 32 und durch die Innenseiten der beiden Plat ten 27, 28 des Antriebsrades 26 gebildet werden, durch anodisch plasmache mische Oxydation mit einer reibungsarmen Beschichtung ausgebildet sind. Die Schichtdicke der auf den behandelten Oberflächen durch anodisch plasma chemische Oxydation entstehenden, in den Zeichnungen wieder durch Schraffur übertrieben angedeuteten keramikähnlichen Konversionsschichten beträgt hierbei etwa 30 µm, wobei auch in diese Beschichtung zusätzlich ein durch Polytetrafluorethylen gebildeter Trockenschmierstoff zur weiteren Reib wertabsenkung zwischen dem Antriebsrad 26 und dem Abtriebsrad 32 einge bracht ist.

Bezugszeichenliste

1

,

1

' Vorrichtung

2

,

2

' Antriebseinheit

3

Antriebsrad von

1

4

Umfangswand

5

Seitenwand

6

Seitenwand

7

Zwischenwände

8

,

8

' hydraulische Arbeitsräume

9

radial Stirnseiten von

7

10

Innenseite von

4

11

,

11

' Abtriebseinheit

12

Flügelrad von

1

13

Radnabe

14

Flügel

15

radial Stirnseiten von

14

16

,

16

' Druckkammer

17

,

17

' Druckkammer

18

,

18

' bevorzugte Lagerstellen

19

,

19

' alternative Lagerstellen

20

,

20

' Radiallagersegmente von

18

/

18

' an

2

/

2

'

21

,

21

' Radiallagersegmente von

18

/

18

' an

11

/

11

'

22

,

22

' Radiallagersegmente von

19

/

19

' an

2

/

2

'

23

,

23

' Radiallagersegmente von

19

/

19

' an

11

/

11

'

24

,

24

' axiale Kontaktflächen an

2

/

2

'

25

,

25

' axiale Kontaktflächen an

11

/

11

'

26

Antriebsrad von

1

'

27

Platte von

26

28

Platte von

26

29

Distanzhülsen

30

Befestigungsmittel

31

Außenmantelflächen von

29

32

Abtriebsrad von

1

'

33

Platte von

32

34

axiale Durchbrüche

35

innere Begrenzungswände

36

äußere Begrenzungswände

Claims

1. Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, mit fol genden Merkmalen:
die Vorrichtung (1, 1') ist am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle angeordnet und im Prin zip als in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraft maschine steuerbarer hydraulischer Stellantrieb ausgebildet,
die Vorrichtung (1, 1') besteht im Wesentlichen aus einer mit einer Kur belwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden An triebseinheit (2, 2') und aus einer drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Abtriebseinheit (11, 11'),
die Antriebseinheit (2, 2') und die Abtriebseinheit (11, 11') bestehen je weils aus einem Leichtmetall-Werkstoff und stehen über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung (1, 1') gebildete hydraulische Druckkammern (16, 17, 16', 17') miteinander in Kraftübertragungsverbindung,
bei wahlweiser oder gleichzeitiger Beaufschlagung der Druckkammern (16, 17, 16', 17') mit einem hydraulischen Druckmittel erfolgt eine Relativ verdrehung oder Fixierung der Abtriebseinheit (11, 11') gegenüber der Antriebseinheit (2, 2') und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbel welle,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebseinheit (2, 2') innerhalb der Vorrichtung (1, 1') über mehrere radiale Lagerstellen (18, 19, 18', 19') schwenkbar auf der Abtriebseinheit (11, 11') gelagert ist und zumindest die Oberflächen der einzelnen Radi allagersegmente (20, 22, 20', 22') der Antriebseinheit (2, 2') und der ge genüberliegenden Radiallagersegmente (21, 23, 21', 23') der Abtriebs einheit (11, 11') sowie wahlweise auch die axialen Kontaktflächen (24, 25, 24', 25') zwischen der Antriebseinheit (2, 2') und der Abtriebseinheit (11, 11') mit einer reibungsmindernden Beschichtung ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs einheit (2) und die Abtriebseinheit (11) bevorzugt aus einer Aluminiumknet legierung, beispielsweise aus AlMgSiPb, AlMg1SiCu oder AlMgSi1, beste hen und die Oberflächen ihrer Radiallagersegmente (20, 21, 22, 23) und a xialen Kontaktflächen (24, 25) durch Anodisieren oder Hartanodisieren be handelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht dicke der auf den behandelten Oberflächen durch Anodisieren entstehenden Eloxalschichten bevorzugt 5 µm bis 15 µm und der durch Hartanodisieren entstehenden Harteloxalschichten bevorzugt 10 µm bis 30 µm beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Reibwertabsenkung zwischen der Antriebseinheit (2) und der Abtriebseinheit (11) in die durch Anodisieren oder Hartanodisieren entstehenden Eloxal- oder Harteloxalschichten zusätzlich ein Trockenschmierstoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen (Teflon), eingebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs einheit (2') und die Abtriebseinheit (11') bevorzugt aus einer Magnesium- Druckgußlegierung, beispielsweise aus MgAl3Zn1, MgAl6Zn1 oder MgAl9Zn1, bestehen und die Oberflächen ihrer Radiallagersegmente (20', 21', 22', 23') und axialen Kontaktflächen (24', 25') durch anodisch plasma chemische Oxydation behandelt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht dicke der auf den behandelten Oberflächen durch anodisch plasmachemi sche Oxydation entstehenden keramikähnlichen Konversionsschichten be vorzugt im Bereich von 10 µm bis 30 µm liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Reibwertabsenkung zwischen der Antriebseinheit (2') und der Abtriebsein heit (11') in die durch anodisch plasmachemische Oxydation entstehenden keramikähnlichen Konversionsschichten zusätzlich ein Trockenschmierstoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen (Teflon), eingebracht ist.