DE10134320A1

DE10134320A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE10134320A1
Application number: DE10134320A
Authority: DE
Inventors: Mike Kohrs
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-07-14
Filing date: 2001-07-14
Publication date: 2003-01-23
Also published as: US20030037741A1; US6684834B2

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 (5) und aus einer drehfest mit der Nockenwelle (4) verbundenen Abtriebseinheit (10) besteht. Zumindest die Abtriebseinheit (10) der Vorrichtung (1) besteht dabei aus einem Leichtmetall und ist mittels einer zentralen Befestigungsschraube (13) an der Nockenwelle (4) verschraubt, während die Antriebseinheit (5) radial extern zur Abtriebseinheit (10) gelagert ist und mit dieser über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung (1) gebildeten hydraulischen Druckkammern in Kraftübertragungsverbindung steht. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der Bereich des Kraftkegels der Befestungsschraube (13) an der Abtriebseinheit (10) als gesonderte, aus einem druckspannungsfesten Material bestehende und zugleich als vorgefertigter Druckmittelverteiler der Vorrichtung (1) vorgesehene Hülse (16) ausgebildet, auf der die Abtriebseinheit (10) axial, radial und in Umfangsrichtung form- und/oder kraftschlüssig arretierbar sowie verformungsfrei an der Nockenwelle (4) verschraubbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach dem oberbegriffsbildenden Merkmalen nach Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft bei in Leichtbauweise ausgeführten Rotationskolben-Verstelleinrichtungen zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle realisierbar.

Hintergrund der Erfindung

Durch die DE 196 23 818 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine bekannt, die als in Leichtbauweise ausgeführte Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelweile ausgebildet und am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle angeordnet ist. Diese, auch als Schwenkflügelversteller bezeichnete Vorrichtung ist im Prinzip als in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbarer hydraulischer Stellantrieb ausgebildet und besteht im Wesentlichen aus einer mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit und aus einer drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Abtriebseinheit. Die Antriebseinheit wird bei dieser Vorrichtung durch ein Antriebsrad gebildet, in welchem durch einen hohlzylindrischen Leichtmetall-Stator mit mindestens zwei radialen Zwischenwänden und durch zwei eisenmetallische Seitenwände mindestens zwei hydraulische Arbeitsräume gebildet werden. Als Abtriebseinheit ist bei dieser Vorrichtung dagegen ein komplett aus einem Leichtmetall bestehendes und mittels einer zentralen Befestigungsschraube axial an der Nockenwelle verschraubtes Flügelrad vorgesehen, dessen Flügel sich radial in die Arbeitsräume des Antriebsrades erstrecken und diese in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammer unterteilen. Die Antriebseinheit ist dabei extern zur Abtriebseinheit, das heißt auf dem Nockenwellenende und auf dem Kopf der zentralen Befestigungsschraube, drehbar gelagert und steht mit dieser über die innerhalb der Vorrichtung gebildeten hydraulischen Druckkammern derart in Kraftübertragungsverbindung, dass eine wahlweise oder gleichzeitige Beaufschlagung dieser Druckkammern mit einem hydraulischen Druckmittel eine Relativverdrehung oder Fixierung der Abtriebseinheit gegenüber der Antriebseinheit und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle bewirkt.

Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist es jedoch, dass die aus einem Leichtmetall bestehende Abtriebseinheit mit einer hohen Vorspannkraft über die zentrale Befestigungsschraube an der Nockenwelle verschraubt werden muss, um die von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über die Antriebseinheit auf die Abtriebseinheit wirkenden Antriebsmomente wirksam auf die Nockenwelle übertragen zu können. Bei einer aus einem Leichtmetall oder auch aus einem Kunststoff bestehenden Abtriebseinheit führen derart hohe Vorspannkräfte jedoch zu nachteiligen Druckspannungsverformungen bzw. hohen Beanspruchungen vor allem im Bereich des Kraftkegels der Befestigungsschraube, so dass die Abtriebseinheit zur Vermeidung dieser Druckspannungsverformungen bzw. Beanspruchungen nur mit geringen Vorspannkräften an der Nockenwelle verschraubt werden kann und somit auch nur zur Übertragung geringer Antriebsmomente bzw. Kettenkräfte auf die Nockenwelle geeignet ist. Die Übertragung höherer Antriebsmomente bzw. Kettenkräfte auf die Nockenwelle ist dabei nur durch eine Erhöhung der Reibung zwischen der Abtriebseinheit und der Nockenwelle mittels kostenaufwendiger Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen oder durch den Einsatz ebenfalls kostenintensiver zusätzlicher Formschlusselemente an deren Kontaktflächen möglich. Wird die Abtriebseinheit zur Übertragung höherer Antriebsmomente dennoch mit einer hohen Vorspannkraft an der Nockenwelle verschraubt, haben die durch die Druckspannungsverformungen bzw. durch die hohe Beanspruchung erforderlichen größeren Radial- und Axialspiele zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit der Vorrichtung wiederum den Nachteil, dass neben der erhöhten Klemmgefahr und dem damit möglichen Versagen der Vorrichtung in jedem Fall auch erhöhte Druckmittelleckagen innerhalb der Vorrichtung auftreten, die deren Verstellgeschwindigkeit und Winkelhaltevermögen negativ beeinflussen. Ein allgemeiner Nachteil der als Schwenkflügelversteller ausgebildeten bekannten Vorrichtung ist es darüber hinaus, dass das in deren zumeist als einstückiges Schwenkflügelrad ausgebildete Abtriebseinheit einzuarbeitende Bohrbild für die Druckmittelkanäle zu den Druckkammern der Vorrichtung fertigungstechnisch nur relativ aufwendig herstellbar ist und dass bei der Montage der Abtriebseinheit an der Nockenwelle das Anschraubmoment der Befestigungsschraube nur relativ schwierig per Hand abstützbar ist.

Aufgabe der Erfndung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, zu konzipieren, welche eine aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoff bestehende sowie mit einer zentralen Befestigungsschraube an der Nockenwelle verschraubbare Abtriebseinheit aufweist, die ohne Druckspannungsverformungen bzw. hohe Beanspruchungen oder kostenaufwendige Maßnahmen zur Reibschlusserhöhung zwischen dieser und der Nockenwelle zur Übertragung höherer Antriebsmomente auf die Nockenwelle geeignet ausgebildet ist und welche sich durch eine vereinfachte Herstellbarkeit der Druckmittelkanäle zu den Druckkammern der Vorrichtung sowie durch eine leichte Abstützbarkeit des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der Bereich des Kraftkegels der Befestigungsschraube an der Abtriebseinheit als gesonderte, aus einem druckspannungsfesten Material bestehende Hülse ausgebildet ist, auf der die Abtriebseinheit axial, radial und in Umfangsrichtung form- und/oder kraftschlüssig arretierbar sowie verformungsfrei an der Nockenwelle verschraubbar ist.

In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung besteht die in der Abtriebseinheit angeordnete Hülse dabei bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff od. dgl. und ist zugleich als vorgefertigter Druckmittelverteiler mit den von der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung zu deren Druckkammern führenden Druckmittelkanälen ausgebildet. Möglich ist es jedoch auch, die in der Abtriebseinheit angeordnete Hülse ausschließlich zur Vermeidung der Druckspannungsverformungen bzw. Beanspruchungen zu nutzen und die Funktion des Druckmittelverteilers in die Nockenwelle und die Vorrichtung zu verlagern.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist es, dass die Hülse über die axiale Breite der Vorrichtung hinaus verlängerte Enden aufweist und außerhalb der Abtriebseinheit mit ihrer Mantelfläche bevorzugt zugleich das externe Radiallager der Antriebseinheit bildet. Bei Verwendung von Stahldeckeln als Seitenwände der Abtriebseinheit, von denen einer zugleich als Ketten- oder Riemenrad ausgebildet sein kann und die über zentrische Bohrungen auf der Hülse gelagert werden, sind somit höhere Lagerkräfte in den Radiallagern aufnehmbar und gleichzeitig sind durch die Werkstoffgleichheit keine temperaturbedingten Veränderungen des Lagerspiels zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit mehr möglich. Die verlängerten Enden der Hülse sind darüber hinaus in vorteilhafter Weise zugleich einerseits mit Mitteln zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube sowie andererseits mit Mitteln zur Zentrierung der Vorrichtung an der Nockenwelle ausgebildet, um mit einer hohen Vorspannkraft der Befestigungsschraube höhere Antriebskräfte von der Kurbelwelle über die Abtriebseinheit auf die Nockenwelle übertragen zu können und um die Vorrichtung an der Nockenwelle genau positionieren zu können. Auch hier ist es jedoch alternativ möglich, die Hülse ohne verlängerte Enden auszubilden und das externe Radiallager der Abtriebseinheit beispielweise durch die Mantelflächen des Kopfes der Befestigungsschraube und des Endes der Nockenwelle zu bilden.

Eine bevorzugte erste Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zeichnet sich im Weiteren dadurch aus, dass die Antriebseinheit der Vorrichtung durch eine Presspassung kraftschlüssig auf der Hülse radial und in Umfangsrichtung arretiert wird. Bei einer entsprechend eng tolerierten Presspassung ist dabei gleichzeitig eine axiale Sicherung der Abtriebseinheit auf der Hülse gegeben, die keine weiteren Maßnahmen gegen eine axiale Verschiebbarkeit der Abtriebseinheit auf der Hülse notwendig macht. Bei auftretenden größeren Axialkräften ist es jedoch vorteilhaft, die Abtriebseinheit zusätzlich zwischen einem durchmesservergrößerten Absatz an der Hülse und einem an der Antriebseinheit dichtend anliegenden stirnseitigen Nockenwellenabsatz axial zu sichern. Dabei liegt die mit der Hülse an der Nockenwelle verschraubte Abtriebseinheit direkt an dem Absatz an der Hülse an und ist somit in nockenwellenabgewandter Richtung axial nicht verschiebbar, während sie andererseits spielbehaftet an der Innenseite eines Seitendeckels der Antriebseinheit anliegt und dadurch, dass der stirnseitige Nockenwellenabsatz in eine stufenförmige Durchmessererweiterung der Radiallagerbohrung an der Außenseite dieses Seitendeckels hineinragt, auch in nockenwellenzugewandter Richtung axial gesichert ist. Anstelle einer solchen Axialsicherung ist es jedoch auch möglich, einen radialen Arretierungsstift in eine durch die Abtriebseinheit hindurch in die Hülse führende Radialbohrung einzusetzen, der die Abtriebseinheit zusätzlich auch in Umfangsrichtung sichert.

Als weiteres, die erste Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung kennzeichnendes Merkmal wird es darüber hinaus vorgeschlagen, an der Mantelfläche der Hülse bevorzugt zwei mit den Druckkammern der Vorrichtung verbundene Ringnuten und an der Mantelfläche der Nockenwelle bevorzugt zwei mit der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung verbundene Ringnuten axial zueinander beabstandet anzuordnen, von denen jeweils die ersten Ringnuten über mehrere Axialnuten in der Mantelfläche der Hülse und die zweiten Ringnuten über die axiale Durchgangsbohrung der Hülse miteinander in Fluidverbindung stehen. Die in der Hülse angeordneten Ring- und Axialnuten sind dabei als in einfacher Weise vor der Montage von Antriebseinheit und Hülse in diese vorgefertigte Druckmittelkanäle ausgebildet und bilden die Hülse somit zugleich als kostengünstig herstellbaren Druckmittelverteiler der Vorrichtung aus. Dadurch vereinfacht sich zugleich die Herstellung der in die Abtriebseinheit der Vorrichtung einzuarbeitenden Druckmittelkanäle, da diese nur noch mit den einerseits in die Druckkammern der Vorrichtung führenden und andererseits in die Ringnuten in der Hülse mündenden Radialbohrungen auszubilden ist. Die Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung wird darüber hinaus in an sich bekannter Weise durch ein mit dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbundenes Radiallager der Nockenwelle im Zylinderkopf oder auch durch eine gesonderte, ebenfalls in Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine angeordnete Druckmittelkonsole am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gebildet, die jeweils die über mehrere Radialbohrungen mit den Axialnuten oder der Durchgangsbohrung in der Hülse verbundenen Ringnuten in der Mantelfläche der Nockenwelle dichtend umschließen.

Schließlich weist die erste Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung in vorteilhafter Ausgestaltung noch die Merkmale auf, dass das nockenwellenabgewandte Ende der Hülse bevorzugt mit einem Sechskant zum Ansetzen eines Hilfswerkzeuges als Mittel zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube ausgebildet ist, während das nockenwellenzugewandte Ende der Hülse bevorzugt selbst als Mittel zur Zentrierung der Vorrichtung an der Nockenwelle ausgebildet und in eine komplementäre Zentrierbohrung in der Stirnseite der Nockenwelle einsteckbar ist. Durch den Sechskant am nockenwellenabgewandten Ende der Hülse, auf dem der Kopf der zentralen Befestigungsschraube der Vorrichtung aufliegt, ist es somit möglich, beispielsweise mittels eines angesetzten Ring- oder Maulschlüssels in einfacher Weise eine manuelle Gegenkraft gegen das beim Verschrauben der Vorrichtung an der Nockenwelle entstehende Anschraubmoment auf die Abtriebseinheit aufzubringen und somit das Anschraubmoment nicht in die Vorrichtung einzuleiten. Anstelle eines Sechskantes kann das Ende der Hülse jedoch auch nur mit einer einfachen Schlüsselweite für einen Maulschlüssel oder mit stirnseitigen Löchern für einen Lochschlüssel bzw. mit einer Nut für einen Hakenschlüssel ausgebildet werden. Das zur genauen Zentrierung der Vorrichtung an der Nockenwelle vorgesehene nockenwellenzugewandte Ende der Hülse wird dabei in eine in die Stirnseite der Nockenwelle eingearbeitete Zentrierbohrung eingesetzt, deren Innendurchmesser annähernd gleich dem Außendurchmesser des nockenwellenzugewandten Endes der Hülse ist. Die Tiefe dieser Zentrierbohrung ist darüber hinaus in vorteilhafter Weise derart bemessen, dass deren Innenwandung die in die Mantelfläche der Hülse eingearbeiteten Axialnuten zur Druckmittelführung zusammen mit der Innenwandung der zentrischen Radiallagerbohrung des an der Nockenwelle anliegenden Seitendeckels der Antriebseinheit fluiddicht nach außen verschließt.

Eine ebenso bevorzugte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, dass die Abtriebseinheit der Vorrichtung bevorzugt durch eine umlaufende Keilverzahnungsverbindung formschlüssig auf der Hülse radial und in Umfangsrichtung arretiert wird. Die axiale Sicherung der Abtriebseinheit auf der Hülse wird dabei bevorzugt durch einen radialen Arretierungsstift realisiert, der in eine durch die Abtriebseinheit hindurch in die Hülse führende Radialbohrung eingesetzt wird. Anstelle der Keilverzahnung als formschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebseinheit und der Hülse in radialer und in Umfangsrichtung ist jedoch auch eine Keilwellen-, Polygon- oder Nut-Feder-Verbindung denkbar, die entweder ebenso durch einen radialen Arretierungsstift oder, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, durch einen durchmesservergrößerten Absatz an der Hülse und einen stirnseitigen Nokkenwellenabsatz axial gesichert ist. Möglich ist es jedoch auch, die Abtriebseinheit sowohl axial als auch radial durch Verkleben oder Verschweißen oder auch mit Hilfe mindestens einer umlaufenden Nut in der Hülse durch Kunststoff-Spritzgießen unlösbar auf der Hülse zu befestigen.

Die weitere Ausbildung der Hülse als gleichzeitiger Druckmittelverteiler der Vorrichtung erfolgt bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung bevorzugt derart, dass an der Mantelfläche der Hülse sowohl zwei mit den Druckkammern der Vorrichtung verbundene als auch zwei mit der Druckmittelzu- und -abführung verbundene Ringnuten axial zueinander beabstandet angeordnet sind, von denen jeweils die ersten Ringnuten über mehrere axiale Grundbohrungen in der Hülse und die zweiten Ringnuten über die axiale Durchgangsbohrung der Hülse miteinander in Fluidverbindung stehen. Die Ringnuten und die Axialbohrungen in der Hülse sowie die von den Ringnuten ausgehenden Radialbohrungen sind dabei ebenfalls als in einfacher Weise vor der Montage von Abtriebseinheit und Hülse vorgefertigte Druckmittelkanäle ausgebildet, durch welche sich die Anzahl der in der Abtriebseinheit anzuordnenden Druckmittelkanäle in kostengünstiger Weise auf die von den Ringnuten in der Hülse zu den Druckkammern der Vorrichtung führenden Radialbohrungen reduziert. Die Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung wird darüber hinaus auch bei dieser Ausführungsform in ansich bekannter Weise durch ein mit dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbundenes Radiallager der Nockenwelle im Zylinderkopf oder auch durch eine gesonderte, ebenfalls in den Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine integrierte Druckmittelkonsole am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gebildet, die jeweils die außerhalb der Vorrichtung angeordnete Ringnuten in der Mantelfläche der Hülse dichtend umschließen.

Schließlich ist es wie bei der ersten Ausführungsform auch ein Merkmal der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, dass das nockenwellenabgewandte Ende der Hülse, an welchem auch hier der Kopf der zentralen Befestigungsschraube der Vorrichtung anliegt, bevorzugt mit einem Sechskant ausgebildet ist, an welchem ein beispielsweise als Ring- oder Maulschlüssel ausgebildetes Hilfswerkzeug zum Aufbringen einer manuellen Gegenkraft auf die Abtriebseinheit gegen das beim Verschrauben der Vorrichtung an der Nockenwelle entstehende Anschraubmoment sowie zum genauen Positionieren der Vorrichtung an der Nockenwelle einsetzbar ist. Anstelle eines Sechskantes kann das Ende der Hülse jedoch auch bei dieser Ausführungsform nur mit einer einfachen Schlüsselweite für einen Maulschlüssel oder mit stirnseitigen Löchern für einen Lochschlüssel bzw. mit einer Nut für einen Hakenschlüssel ausgebildet werden. Als Mittel zur genauen Zentrierung der Vorrichtung an der Nockenwelle weist dagegen bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung das nockenwellenzugewandte Ende der Hülse zusätzlich einen durchmesserverringerten Zapfen auf, der in eine komplementäre Zentrierbohrung in der Stirnseite der Nockenwelle eingesteckt wird. Der Innendurchmesser der Zentrierbohrung in der Nockenwelle entspricht dabei wieder annähernd dem Außendurchmesser des Zentrierzapfens an der Hülse, wobei jedoch zur Vermeidung von axialen Überbestimmungen dessen axiale Länge kürzer als die Tiefe der Zentrierbohrung in der Nockenwelle ist.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, weist somit in beiden beschriebenen Ausführungsformen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, dass durch die zentrische Anordnung einer Stahlhülse in der aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoff bestehenden Abtriebseinheit vor allem im Bereich des Kraftkegels der zentralen Befestigungsschraube keine aus deren Vorspannkraft resultierenden Druckspannungsverformungen oder hohen Beanspruchungen mehr auftreten können. Dadurch ist die in Leichtbauweise hergestellte Abtriebseinheit der Vorrichtung auch ohne kostenaufwendige Maßnahmen zur Reibschlusserhöhung zwischen dieser und der Nockenwelle zur Übertragung höherer, von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über die Antriebseinheit auf die Abtriebseinheit wirkenden Antriebsmomente bzw. Kettenkräfte einsetzbar und kann mit den üblichen, die Druckmittelleckagen innerhalb der Vorrichtung minimierenden Radial- und Axialspielen zur Antriebseinheit der Vorrichtung ausgebildet werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist es, dass die gesonderte Stahlhülse zugleich mit der Mehrzahl der von der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung zu deren Druckkammern führenden Druckmittelkanäle vorgefertigt werden kann und somit den Herstellungsaufwand und die Kosten der Vorrichtung insgesamt erheblich reduziert. Durch die axiale Verlängerung der Stahlhülse über die Breite der Vorrichtung hinaus ergeben sich darüber hinaus noch die Vorteile, dass zum einen die Mantelfläche der Hülse zugleich als externes Radiallager der Antriebseinheit mit einer zu Leichtmetall- oder Kunststoffzapfen vergleichsweise wesentlich höheren Tragkraft genutzt werden kann und zum anderen die Enden der Hülse zur Erleichterung der Montage der Vorrichtung an der Nockenwelle einerseits zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube und andererseits mit Mitteln zur Zentrierung der Vorrichtung an der Nockenwelle ausgebildet werden können.

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 Längsschnitt B-B nach Fig. 2 durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 einen Querschnitt A-A nach Fig. 1 durch die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in der ersten Ausführungsform;
Fig. 3 einen Längsschnitt Z-Z nach Fig. 4 durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 4 einen Querschnitt X-X nach Fig. 3 durch die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung in der zweiten Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Fig. 1 und 2 sowie aus den Fig. 3 und 4 gehen zwei unterschiedliche Ausführungsformen einer Vorrichtung 1 bzw. 1' zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine hervor, die jeweils als Rotationskolben-Verstelleinrichtungen zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle 4 bzw. 4' gegenüber einer nicht dargestellten Kurbelwelle ausgebildet sind. Beide Vorrichtungen 1, 1' sind jeweils am antriebsseitigen Ende 2, 2' der im Zylinderkopf 3, 3' der Brennkraftmaschine gelagerten Nokkenwelle 4, 4' angeordnet und im Prinzip als in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuerbarer hydraulischer Stellantrieb ausgebildet. Insbesondere durch die Fig. 2 und 4 wird dabei deutlich, dass die Vorrichtungen 1, 1' in konkreter Ausführung als sogenannte Schwenkflügelversteller ausgebildet sind, die im Wesentlichen aus einer mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit 5, 5'und aus einer drehfest mit der Nockenwelle 4, 4' der Brennkraftmaschine verbundenen Abtriebseinheit 10, 10' bestehen. Die Antriebseinheit 5, 5' wird bei diesen Vorrichtungen 1, 1' durch eine hohlzylindrische Umfangswand 6, 6' und zwei Seitenwände 8, 9 bzw. 8', 9' gebildet, die jeweils aus einem Eisenmetall bestehen und durch Verschraubungen zusammen einen Hohlraum bilden, der durch vier von der Umfangswand 6, 6' ausgehende radiale Zwischenwände 9, 9' in vier Teilräume unterteilt wird. Die Abtriebseinheit 10, 10' der Vorrichtungen 1, 1' wird dagegen deutlich sichtbar durch ein Flügelrad aus einem Leichtmetall gebildet, von dessen Radnabe 11, 11' sich jeweils vier Flügel 12, 12' radial in die in der Antriebseinheit 5, 5' gebildeten Teilräume erstrecken und diese in jeweils zwei hydraulische Druckkammern 14, 15 bzw. 14', 15' unterteilen. Bedingt durch die Leichtbauweise der durch eine zentrale Befestigungsschraube 13, 13' axial an der Nockenwelle 4, 4' verschraubten Abtriebseinheit 10, 10' ist die Antriebseinheit 5, 5' dabei radial extern zur Abtriebseinheit 10, 10' drehbar gelagert und steht mit dieser über die innerhalb der Vorrichtung 1, 1' gebildeten hydraulischen Druckräume 14, 15 bzw. 14', 15' derart in Kraftübertragungsverbindung, dass bei einer wahlweisen oder gleichzeitigen Beaufschlagung der Druckkammern 14, 15 bzw. 14', 15' mit einem hydraulischen Druckmittel eine Relativverdrehung oder Fixierung der Abtriebseinheit 10, 10' gegenüber der Antriebseinheit 5, 5' und damit der Nockenwelle 4, 4' gegenüber der Kurbelwelle erfolgt.
Desweiteren wird insbesondere in den Fig. 1 und 2 gezeigt, dass vor allem zur Vermeidung von Druckspannungsverformungen bei der Befestigung der aus einem Leichtmetall bestehenden Abtriebseinheit 10, 10' an der Nockenwelle 4, 4' mittels der zentralen Befestigungsschraube 13, 13' bei beiden Vorrichtungen 1, 1' der Bereich des Kraftkegels der Befestigungsschraube 13, 13' erfindungsgemäß als gesonderte, aus einem druckspannungsfesten Material bestehende Hülse 16, 16' ausgebildet ist, auf der die Abtriebseinheit 10, 10' axial, radial und in Umfangsrichtung form- und/oder kraftschlüssig arretierbar sowie verformungsfrei an der Nockenwelle 4, 4' verschraubbar ist. Gleichzeitig ist die gesonderte Hülse 16, 16' als vorgefertigter Druckmittelverteiler der Vorrichtung 1, 1' ausgebildet, welcher die Mehrzahl der von der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung 1, 1' zu den Druckkammern 14, 15 bzw. 14', 15' der Vorrichtung 1, 1' führenden Druckmittelkanäle 17, 18 bzw. 17', 18' aufweist. Dabei ist die in der Abtriebseinheit 10, 10' angeordnete Hülse 16, 16' vorteilhafterweise als Stahlhülse ausgebildet, die außerhalb der Abtriebseinheit 10, 10' mit ihrer Mantelfläche 19, 19' zugleich das externe Radiallager für die Seitenwände 7, 8 bzw. 7', 8' der Abtriebseinheit 5, 5' bildet. Zusätzlich sind die Enden 20, 21 bzw. 20', 21' der Hülse 16, 16' noch über die axiale Breite der Vorrichtung 1, 1' hinaus verlängert ausgebildet und weisen einerseits Mittel zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube 13, 13' sowie andererseits Mittel zur Zentrierung der Vorrichtung 1, 1' an der Nockenwelle 4, 4' auf.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 1 werden die genannten Merkmale in konkreter Form derart realisiert, dass die Antriebseinheit 10 radial und in Umfangsrichtung durch eine Presspassung kraftschlüssig auf der Hülse 16 arretiert wird, während sie, wie in Fig. 1 zu sehen ist, in Axialrichtung zwischen einem durchmesservergrößerten Absatz 22 an der Hülse 16 und einem an der Seitenwand 8 der Antriebseinheit 5 anliegenden stirnseitigen Nockenwellenabsatz 23 zusätzlich noch durch Formschluss gesichert ist. Ebenso ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass zur Ausbildung der Hülse 16 als Druckmittelverteiler an deren Mantelfläche 19 zwei mit den Druckkammern 14, 15 der Vorrichtung 1 verbundene Ringnuten 24, 25 angeordnet sind, die zum einen über Radialbohrungen in die Durchgangsbohrung 30 der Hülse 16 und zum anderen in mehrere Axialnuten 29 in der Mantelfläche 19 der Hülse 16 münden. An der Mantelfläche 26 der Nockenwelle 4 sind dann axial beabstandet zwei weitere, mit der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung 1 verbundene Ringnuten 27, 28 angeordnet, die nach der Montage der Vorrichtung 1 an der Nockenwelle 4 über mehrere Radialbohrungen derart mit den Druckmittelkanälen 17, 18 in der Hülse 16 verbunden sind, dass die Ringnuten 25 und 27 über die Radialnuten 29 in der Mantelfläche 19 der Hülse 16 und die Ringnuten 24 und 28 über die axiale Durchgangsbohrung der Hülse 16 miteinander in Fluidverbindung stehen. Die Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung 1 wird darüber hinaus bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform beispielhaft durch eine mit dem angedeuteten Schmiermittelkreislauf 29 der Brennkraftmaschine verbundene Druckmittelkonsole 38 gebildet, welche die Ringnuten 27, 28 in der Mantelfläche 26 der Nockenwelle 4 umschließt. Die in Fig. 1 zwischen den Ringnuten 27, 28 und am Nockenwellenabsatz 23 angeordneten, jedoch nicht näher bezeichneten Stahldichtringe sollen dabei interne und externe Druckmittelleckagen bei der Druckmittelversorgung der Vorrichtung 1 vermeiden. Als Mittel zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube 13 ist desweiteren in Fig. 1 deutlich sichtbar, dass das nockenwellenabgewandte Ende der Hülse 16 mit einem Sechskant 31 zum Ansetzen eines Hilfswerkzeuges ausgebildet ist. Das nockenwellenzugewandte Ende 21 der Hülse 16 ist dagegen selbst als Mittel zur Zentrierung der Vorrichtung 1 der Nockenwelle 4 ausgebildet, indem es komplett in eine Zentrierbohrung 32 in der Stirnseite 33 der Nockenwelle 4 eingesetzt wird, die mit ihrer Innenwandung zugleich die Axialnuten 29 in der Mantelfläche 19 der Hülse 16 abdichtet.
Die in den Fig. 3 und 4 abgebildete zweite Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 1' zeichnet sich dagegen im Vergleich zur ersten Ausführungsform dadurch aus, dass die Abtriebseinheit 10' der Vorrichtung 1' radial und in Umfangsrichtung durch eine umlaufende Keilverzahnungsverbindung 34 formschlüssig auf der Hülse 16' arretiert wird, während sie in axialer Richtung ebenfalls formschlüssig durch einen in Fig. 3 sichtbaren radialen Arretierungsstift 35 zwischen der Abtriebseinheit 10' und der Hülse 16' gesichert ist. Bei der Ausbildung als Druckmittelverteiler unterscheidet sich die zweite Ausführungsform der Vorrichtung 1' darüber hinaus in der ebenfalls in Fig. 3 gezeigten Form dadurch, dass an der Mantelfläche 19' der Hülse 16' sowohl zwei mit den Druckkammern 14', 15' der Vorrichtung 1' verbundene Ringnuten 24', 25' als auch zwei mit der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung 1' verbundene Ringnuten 27', 28' axial zueinander beabstandet angeordnet sind. Deutlich sichtbar stehen dabei wieder die Ringnuten 25' und 27' über mehrere von den Nuten ausgehende Radialbohrungen sowie über mehrere axiale Grundbohrungen 36 in der Hülse 16' in Fluidverbindung, während die Ringnuten 24' und 28' wie bei der ersten Ausführungsform über mehrere Radialbohrungen und über die axiale Durchgangsbohrung 30' in der Hülse 16' in Fluidverbindung stehen. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform wird auch bei dieser Ausführungsform die Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung 1' beispielhaft durch eine mit dem angedeuteten Schmiermittelkreislauf 39' der Brennkraftmaschine verbundene Druckmittelkonsole 38' gebildet, welche die in Fig. 3 durch nicht näher bezeichnete Stahldichtringe gegeneinander und nach außen abgedichteten Ringnuten 27', 28' in der Mantelfläche 19' der Hülse 16' umschließt. Ein am nockenwellenabgewandten Ende 20' der Hülse 16' angeformter Sechskant 31' zum Ansetzen eines Hilfswerkzeuges und ein am nockenwellenzugewandten Ende 21' der Hülse 16' angeordneter durchmesserverringerter Zapfen 37, der in eine komplementäre Zentrierbohrung 32' in der Stirnseite 33' der Nockenwelle 4' einsetzbar ist, bilden darüber hinaus bei dieser Ausführungsform die Mittel zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube 13' sowie die Mittel zur Zentrierung der Vorrichtung 1' an der Nockenwelle 4'. Bezugszahlenliste 1, 1' Vorrichtung
2, 2' Ende
3, 3' Zylinderkopf
4, 4' Nockenwelle
5, 5' Antriebseinheit
6, 6' Umfangswand
7, 7' Seitenwand
8, 8' Seitenwand
9, 9' Zwischenwände
10, 10' Abtriebseinheit
11, 11' Radnabe
12; 12' Flügel
13, 13' Befestigungsschraube
14, 14' Druckkammern
15, 15' Druckkammern
16, 16' Hülse
17, 17' Druckmittelkanäle
18, 18' Druckmittelkanäle
19, 19' Mantelfläche von 16, 16'
20, 20' Enden
21, 21' Enden
22 Absatz
23 Nockenwellenabsatz
24, 24' Ringnut
25, 25' Ringnut
26 Mantelfläche von 4
27, 27' Ringnut
28, 28' Ringnut
29 Axialnuten
30, 30' Durchgangsbohrung
31, 31' Sechskant
32, 32' Zentrierbohrung in 4, 4'
33, 33' Stirnseite von 4, 4'
34 Keilverzahnungsverbindung
35 Arretierungsstift
36 Grundbohrungen
37 Zapfen
38, 38' Druckmittelkonsole
39, 39' Schmiermittelkreislauf

Claims

1. Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, mit folgenden Merkmalen:

- die Vorrichtung (1, 1') ist am antriebsseitigen Ende (2, 2') einer im Zylinderkopf (3, 3') der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle (4, 4') angeordnet und im Prinzip als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet,

- die Vorrichtung (1, 1') besteht im Wesentlichen aus einer mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit (5, 5') und aus einer drehfest mit der Nockenwelle (4, 4') der Brennkraftmaschine verbundenen Abtriebseinheit (10, 10'),

- zumindest die Abtriebseinheit (10, 10') der Vorrichtung (1, 1') besteht aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoff und ist mittels einer zentralen Befestigungsschraube (13, 13') axial an der Nockenwelle (4, 4') der Brennkraftmaschine verschraubt,

- die Antriebseinheit (5, 5') ist radial extern zur Abtriebseinheit (10, 10') drehbar gelagert und steht mit dieser über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung (1, 1') gebildete hydraulische Druckkammern (14, 15, 14',15') in Kraftübertragungsverbindung,

- bei Beaufschlagung der Druckkammern (14, 15, 14',15') mit einem hydraulischen Druckmittel erfolgt eine Relativverdrehung oder Fixierung der Abtriebseinheit (10, 10') gegenüber der Antriebseinheit (5, 5') und damit der Nockenwelle (4, 4') gegenüber der Kurbelwelle,

- dadurch gekennzeichnet, dass
der Bereich des Kraftkegels der Befestigungsschraube (13, 13') an der Abtriebseinheit (10, 10') als gesonderte, aus einem druckspannungsfesten Material bestehende Hülse (16, 16') ausgebildet ist,
auf der die Abtriebseinheit (10, 10') axial, radial und in Umfangsrichtung form- und/oder kraftschlüssig arretierbar sowie verformungsfrei an der Nockenwelle (4, 4') verschraubbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die in der Abtriebseinheit (10, 10') angeordnete Hülse (16, 16') bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff od. dgl. besteht und zugleich als vorgefertigter Druckmittelverteiler mit den von der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung (1, 1') zu deren Druckkammern (14, 15, 14', 15') führenden Druckmittelkanälen (17, 18, 17', 18') ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Hülse (16, 16') über die axiale Breite der Vorrichtung (1, 1') hinaus verlängerte Enden (20, 21, 20', 21') aufweist und außerhalb der Abtriebseinheit (10, 10') mit ihrer Mantelfläche (19, 19') bevorzugt das externe Radiallager der Antriebseinheit (5, 5') bildet,
wobei die Enden (20, 21, 20', 21') der Hülse (16, 16') zugleich einerseits mit Mitteln zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube (13, 13') sowie andererseits mit Mitteln zur Zentrierung der Vorrichtung (1, 1') an der Nockenwelle (4, 4') ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abtriebseinheit (10) der Vorrichtung (1) bevorzugt durch eine Presspassung kraftschlüssig auf der Hülse (16) radial und in Umfangsrichtung arretierbar sowie zwischen einem durchmesservergrößerten Absatz (22) an der Hülse (16) und einem an der Antriebseinheit (5) dichtend anliegenden stirnseitigen Nockenwellenabsatz (23) axial gesichert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
an der Mantelfläche (19) der Hülse (16) bevorzugt zwei mit den Druckkammern (14, 15) der Vorrichtung (1) verbundene Ringnuten (24, 25) und an der Mantelfläche (26) der Nockenwelle (4) bevorzugt zwei mit der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung (1) verbundene Ringnuten (27, 28) axial zueinander beabstandet angeordnet sind,
von denen jeweils die ersten Ringnuten (25, 27) über mehrere Axialnuten (29) in der Mantelfläche (19) der Hülse (16) und die zweiten Ringnuten (24, 28) über die axiale Durchgangsbohrung (30) der Hülse (16) miteinander in Fluidverbindung stehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
das nockenwellenabgewandte Ende (20) der Hülse (16) bevorzugt mit einem Sechskant (31) zum Ansetzen eines Hilfswerkzeuges als Mittel zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube (13) ausgebildet ist,
während das nockenwellenzugewandte Ende (21) der Hülse (16) bevorzugt selbst als Mittel zur Zentrierung der Vorrichtung (1) an der Nockenwelle (4) ausgebildet und in eine komplementäre Zentrierbohrung (32) in der Stirnseite (33) der Nockenwelle (4) einsteckbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abtriebseinheit (10') der Vorrichtung (1') bevorzugt durch eine umlaufende Keilverzahnungsverbindung (34) formschlüssig auf der Hülse (16') radial und in Umfangsrichtung arretierbar sowie durch einen radialen Arretierungsstift (35) zwischen der Abtriebseinheit (10') und der Hülse (16') axial gesichert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
an der Mantelfläche (19') der Hülse (16') bevorzugt zwei mit den Druckkammern (14', 15') der Vorrichtung (1') verbundene Ringnuten (24', 25') und zwei mit der Druckmittelzu- und -abführung der Vorrichtung (1') verbundene Ringnuten (27', 28') axial zueinander beabstandet angeordnet sind,
von denen jeweils die ersten Ringnuten (25', 27') über mehrere axiale Grundbohrungen (36) in der Hülse (16') und die zweiten Ringnuten (24', 28') über die axiale Durchgangsbohrung (30') der Hülse (16') miteinander in Fluidverbindung stehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das nockenwellenabgewandte Ende (20') der Hülse (16') bevorzugt mit einem Sechskant (31') zum Ansetzen eines Hilfswerkzeuges als Mittel zum Abstützen des Anschraubmomentes der Befestigungsschraube (13') ausgebildet ist,
während das nockenwellenzugewandte Ende (21') der Hülse (16') bevorzugt einen durchmesserverringerten Zapfen (37) als Mittel zur Zentrierung der Vorrichtung (1') an der Nockenwelle (4') aufweist und in eine komplementäre Zentrierbohrung (32') in der Stirnseite (33') der Nockenwelle (4') einsteckbar ist.