DE102004007050A1

DE102004007050A1 - Verstelleinrichtung für eine Welle

Info

Publication number: DE102004007050A1
Application number: DE200410007050
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Meintschel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für eine Welle (10) zur Drehwinkelverstellung der Welle (10) gegenüber ihrem Antrieb (18), insbesondere einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem Hydraulikmotor (24) zum Verstellen des Drehwinkels. Erfindungsgemäß ist der Hydraulikmotor (24) über ein Getriebe mit der Welle (10) verbunden, womit auch bei geringem Druck des Hydraulikmediums eine Verstellung der Phasenlage der Welle gegenüber ihrem Antrieb möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für eine Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Nockenwellensteller als Verstelleinrichtung zur Veränderung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer sie antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine einzusetzen. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise hydraulische Nockenwellensteller bekannt, bei der zum Verstellen hydraulische Flügelzelleneinrichtungen eingesetzt werden. Deren Stellgeschwindigkeit und Stellwinkel sind jedoch sehr beschränkt; weiterhin kann bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder niedrigem Öldruck sowie bei stehender Brennkraftmaschine keine Verstellung der Phasenlage vorgenommen werden. Soll der Stellbereich der Verstelleinrichtung erhöht werden, muss die Anzahl der einzelnen Flügelzellen verringert werden, wobei sich allerdings gleichzeitig bei gleicher Länge Stellmoment und Stellgeschwindigkeit verringern.

Aus der Offenlegungsschrift DE 36 24 827 A1 ist eine Verstelleinrichtung für eine Nockenwelle bekannt, bei der die Verstelleinrichtung einen ortsfest an dem Gehäuse der Brennkraftmaschine angebrachten Hydraulikmotor umfasst. Allerdings ist auch hier eine Verstellung bei kleinem Öldruck praktisch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung für eine Welle zur Veränderung der Phasenlage der Welle gegenüber ihrem Antrieb anzugeben, die eine Verstellung auch bei geringem Druck des Hydraulikmediums erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung für eine Welle zur Drehwinkelverstellung der Welle gegenüber ihrem Antrieb, insbesondere einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, ist mit einem Hydraulikmotor versehen, der über ein Getriebe mit der Welle verbunden ist. Bevorzugt umfasst das Getriebe wenigstens ein dem Hydraulikmotor zugeordnetes Stirnrad und ein der Welle zugeordnetes Hohlrad. Durch die Übersetzung des Getriebes sind bereits schon bei geringen Drücken eines Hydraulikmediums Verstellvorgänge möglich. Ferner besitzt die Verstelleinrichtung einen zumindest theoretisch unbegrenzten Verstellbereich. Stellgeschwindigkeit und Stellwinkel sind auch bei geringem Druck des Hydraulikmediums verbessert. Als Hydraulikmotor können verschiedene Arten eingesetzt werden, z.B. Flügelzellenmotoren, Trochoidmotoren, Zahnradmotoren, Hydraulikmotoren nach dem Wankelprinzip oder Sichelzellenmotoren und dergleichen, die bedarfsabhängig ausgewählt werden können.

Bevorzugt sind der Hydraulikmotor und das Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, was eine kompakte und relativ klein bauende Anordnung ergibt. Durch die Übersetzung zwischen dem Antrieb und der Welle kann eine Zähnezahl eines als Kettenrad ausgebildeten Antriebs reduziert werden. Damit baut die Verstelleinrichtung kleiner und bietet, bei der Verwen dung in Fahrzeugen, bei denen die Verstelleinrichtung typischerweise in Fahrtrichtung vor der Brennkraftmaschine angeordnet ist, aufgrund ihrer reduzierten Größe einen verbesserten Schutz von Fußgängern bei Unfällen.

Günstig ist, wenn der Antrieb als Kettenrad ausgebildet ist. Das Gehäuse kann mit dem Kettenrad verbunden sein, so dass der Hydraulikmotor eine kompakte Einheit mit dem Kettenrad bildet.

Weist ein Rotor des Hydraulikmotors an seiner der Welle zugewandten Seite ein Stirnrad auf, kann dieses mit einem wellenfesten Hohlrad kämmen und die Verstellung der Verstelleinrichtung bewirken. Über Stirnrad und Hohlrad kann eine geeignete Übersetzung des Getriebes erreicht werden.

Zur Steuerung von Zulauf und Rücklauf eines Hydraulikmediums des Hydraulikmotors ist bevorzugt ein elektromagnetisch betätigbares Ventil vorgesehen, wobei das Ventil in einem Zylinderkopf angeordnet sein kann.

Eine konstruktiv einfache Möglichkeit der Schmierung der Welle und der gleichzeitigen Versorgung des Hydraulikmotors besteht darin, das Hydraulikmedium über Ölkanäle für den Zulauf und Rücklauf des Hydraulikmediums vom Ventil zu einem dem Hydraulikmotor zugewandten Wellenlager zu führen, über Ringkanäle in die Welle zu leiten und von dort in den Hydraulikmotor zu leiten. Bei konstanter Phasenlage wird dem Hydraulikmotor kein Hydraulikmedium, insbesondere Öl, zugeführt, und das Stirnrad kann mit der Kettenddrehzahl im Hohlrad laufen.

Vorzugsweise wird als Hydraulikmedium Motorenöl aus dem Druckkreislauf des Verbrennungsmotors verwendet, womit auf das Mitführen eines zusätzlichen Ölreservoirs verzichtet werden und sowohl Platz als auch Gewicht eingespart werden kann.

Die Erfindung ist besonders für die Verwendung als Verstelleinrichtung zur Veränderung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Anordnung mit einem Flügelzellenmotor,
2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II, und
3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III.
In den Figuren sind grundsätzlich gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Der Längsschnitt in 1 zeigt eine bevorzugte Verstelleinrichtung für eine Welle 10 zur Drehwinkelverstellung der Welle 10 gegenüber ihrem Antrieb 18. Der Antrieb 18 ist vorzugsweise als Kettenrad ausgebildet.
Die Verstelleinrichtung umfasst einen, beispielsweise als Flügelzellenmotor ausgebildeten Hydraulikmotor 24 zum Ver stellen des Drehwinkels der Welle 10. Der Hydraulikmotor 24 ist über ein Getriebe mit der Welle 10 verbunden wobei das Getriebe ein an einem Rotor 25 des Hydraulikmotors 24 angeordnetes Stirnrad 27 und ein mit dem Stirnrad 27 kämmendes wellenfestes Hohlrad 13 umfasst. Das Stirnrad 27 greift in einem Bereich 16 in das Hohlrad 13 ein. Außerhalb dieses Bereichs 16 stehen die Zahnkränze 14, 15 des Hohlrads 13 bzw. des Stirnrads 27 nicht im Eingriff. Die Welle 10 dreht um eine erste Drehachse 12, während der Rotor 25 mit seinem Stirnrad 27 um eine zweite Drehachse 34 dreht. Der Rotor 25 dreht sich dabei auf seinem Rotorlager 26.
Der Hydraulikmotor 24 mit seinem Motorgehäuse 33 und das Getriebe sind in einem gemeinsamen Gehäuse 28 angeordnet. Auf seiner wellenabgewandten Seite ist das Gehäuse 28 mit einem Deckel 29 abgeschlossen. Das Gehäuse 28 ist mit dem als Kettenrad ausgebildeten Antrieb 18 verbunden, wobei dieser auf der wellenzugewandten Seite des Gehäuses 28 angeordnet ist. Ein Zahnkranz 19 des als Kettenrad ausgebildeten Antriebs 18 greift in eine nicht dargestellte Kette ein, die beispielsweise von einer Kurbelwelle angetrieben ist, und wird von dieser Kette angetrieben. An den als Kettenrad ausgebildeten Antrieb 18 schließt sich ein Wellenlager 11 an.
Gegenüber dem Gehäuse 28 dreht sich die Welle 10 mittels eines Lagers 17.
Zur Steuerung von Zulauf und Rücklauf eines Hydraulikmediums des Hydraulikmotors 24 ein nicht dargestelltes elektromagnetisch betätigbares Ventil vorgesehen, das beispielsweise in einem Zylinderkopf angeordnet ist. Das Hydraulikmedium wird über nicht dargestellte Fluidkanäle für den Zulauf und Rücklauf des Hydraulikmediums vom Ventil zu einem nicht dargestellten Wellenlager. Das Hydraulikmedium wird über nicht dargestellte Ringkanäle in die sich drehende Welle 10 geleitet und tritt von dort im Wellenlager 11 in die ebenfalls mit Ringkanälen 20, 21 versehene Verstelleinrichtung. Bohrungen 22, 23 führen das Hydraulikmedium von dem Hydraulikmotor 24 weg und zu dem Hydraulikmotor 24 hin. Für Drehung des Hydraulikmotors in eine erste Drehrichtung wird Öl im Kanal 20 zugeführt und über den Kanal 21 abgeführt. Bei Drehung des Hydraulikmotors in die entgegengesetzte Drehrichtung dient der Kanal 21 als Zulauf und der Kanal 20 als Ablauf.
In den 2 und 3 sind jeweils eine Draufsicht auf den Schnitt entlang II-II bzw. entlang III-III in 1 dargestellt. Zur Beschreibung der Bauteile sowie ihrer Funktionen wird auf die Erläuterungen bei 1 verwiesen. Das Gehäuse 28 umgibt den als Flügelzellenmotor ausgebildeten Hydraulikmotor 24. Der Hydraulikmotor 24 weist einen Zulaufkanal 30 und einen Rücklaufkanal 31 für das Hydraulikmedium auf, die mit den Kanälen 20 und 21 verbunden sind. Eine Mehrzahl von Flügeln 32, von denen der Übersichtlichkeit wegen nur einer mit einem Bezugszeichen beziffert ist, wird von dem Hydraulikmedium angetrieben und versetzt den Rotor 25 in Drehung. In der Betriebsphase „konstante Phasenlage" wird dem Hydraulikmotor 24 kein Hydraulikmedium zugeführt bzw. abgeführt. Zwischen dem als Kettenrad ausgebildeten Antrieb 18 bzw. dem Gehäuse 28 und dem Rotor 25 des Hydraulikmotors 24 gibt es keine Relativbewegung. Das Stirnrad 27 läuft mit der Kettenraddrehzahl im Hohlrad 13, wie in 3 zu sehen ist. Dort umgibt das Motorgehäuse 33 des Hydraulikmotors 24 das Lager 17 des Motorgehäuses 28, innerhalb dessen das Hohlrad 13 dreht, auf dessen Zahnkranz das Stirnrad 27 abrollt.
Zum Vorstellen der Welle 10 wird der Hydraulikmotor 24 auf der einen Seite über den Zulaufkanal 30 mit Hydraulikmedium versorgt. Der Rotor 25 beginnt sich relativ zum Gehäuse 28 zu drehen. Die Drehung des als Kettenrad ausgebildeten Antriebs 18 und Rotor 25 überlagern sich, und die Welle 10 wird über Stirnrad 27 und Hohlrad 13 relativ vorgestellt. Nachdem das Hydraulikmedium seine Arbeit im Hydraulikmotor 24 verrichtet hat, tritt es über den Rücklaufkanal 31 wieder aus dem Gehäuse 28 bzw. dem Hydraulikmotor 24 aus.

Claims

Verstelleinrichtung für eine Welle (10) zur Drehwinkelverstellung der Welle (10) gegenüber ihrem Antrieb (18), insbesondere einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem Hydraulikmotor (24) zum Verstellen des Drehwinkels, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor (24) über ein Getriebe mit der Welle (10) verbunden ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor (24) und das Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse (28) angeordnet sind.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (18) als Kettenrad ausgebildet ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) mit dem Kettenrad verbunden ist.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (25) des Hydraulikmotors (24) an seiner der Welle (10) zugewandten Seite ein Stirnrad (27) aufweist.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) ein wellenfestes Hohlrad (13) aufweist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnrad (27) mit dem Hohlrad (13) kämmt.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung von Zulauf und Rücklauf von Hydraulikmedium des Hydraulikmotors (24) ein elektromagnetisch betätigbares Ventil vorgesehen ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil in einem Zylinderkopf angeordnet ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmedium über Fluidkanäle für den Zulauf und Rücklauf des Hydraulikmediums vom Ventil zu einem dem Hydraulikmotor (24) zugewandten Wellenlager (11) geführt, über Ringkanäle (20, 21) in die Welle (10) geleitet und von dort in den Hydraulikmotor (24) geleitet ist.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydraulikmedium Öl aus dem Motorölkreislauf verwendet wird.