DE102005036917A1

DE102005036917A1 - Verriegelungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005036917A1
Application number: DE200510036917
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Strauß
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-08
Also published as: WO2007017130A2; WO2007017130A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung, mit der ein Nockenwellenversteller (10) in einer "Basisstellung" während eines Abstellens und Neustarts der Brennkraftmaschine hinsichtlich seines Verstell-Freiheitsgrades festgesetzt werden kann. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind zwei Verriegelungselemente (21, 22) vorgesehen, von denen ein erstes Verriegelungselement (21) in "verriegelter Stellung" ein Umfangsspiel (25) von ungefär Null aufweist, während das zweite Verriegelungselement (22) ein gegenüber dem Umfangsspiel (25) vergrößertes Umfangsspiel (26) aufweist. Während eines Abstellens der Brennkraftmaschine und dem Neustart ist das erste Verriegelungselement (21) wirksam, während, beispielsweise bei Leerlaufdrehzahl und geringer Betriebsdrehzahl, für gelöstes erstes Verriegelungselement (21) das zweite Verriegelungselement (22) wirksam ist. Bei geringem Fertigungsaufwand kann auf diese Weise eine zuverlässige Ver- und Entriegelung gewährleistet werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Bei bekannten hydraulisch wirkenden Nockenwellenverstellern werden die Steuerzeiten einer zugeordneten Brennkraftmaschine durch Beeinflussung der hydraulischen Verhältnis in entgegengesetzt wirkenden Steuerkammern, die in Richtung einer Verstellung zu einer "frühen Steuerzeit" und einer "späten Steuerzeit" wirken, eingestellt. Unproblematisch ist ein Betrieb derartiger Nockenwellenversteller, wenn die Brennkraftmaschine einen ausreichenden Hydraulikdruck zur Verfügung stellt, so dass die Kammern hinreichend mit dem Hydraulikmedium gefüllt sind. Allerdings hat sich gezeigt, dass bei einem Start der Brennkraftmaschine unter Umständen kein ausreichender Druck des Hydraulikmediums bereitgestellt wird. Dies hat zur Folge, dass die Steuerzeiten nicht den Vorgaben entsprechen oder sich eine instabile Lage des Nockenwellenverstellers einstellt, wodurch sich "labile" Steuerzeiten ergeben. Weiterhin kann es zu unerwünschten Vibrationen kommen, die neben einem erhöhten Bauteilverschleiß zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können.

Zur Vermeidung derartiger Probleme sind mechanische Verriegelungseinrichtungen bekannt. Aus DE 196 23 818 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt mit einem als Verriegelungspin ausgebildeten Verriegelungselement, dessen vorderer Endbereich konusförmig ausgebildet ist und in einer "verriegelten Stellung" spielfreie Aufnahme in einer im Längsschnitt konischen oder im Querschnitt elliptischen Bohrung eines Deckels des Nockenwellenverstellers findet. Der Verriegelungspin ist federbeaufschlagt und besitzt zwei hydraulische Steuerflächen, von denen die erste, stirnseitige Steuerfläche mit einer Kammer des Nockenwellenverstellers in hydraulischer Verbindung steht und eine zweite, von einem Absatz des Verriegelungspins gebildete Steuerfläche in hydraulischer Verbindung mit einer weiteren, entgegengesetzt wirkenden Kammer des Nockenwellenverstellers steht.

Aus DE 101 27 168 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt, bei der ein Verriegelungspin mit einer treppenförmigen Verriegelungsnut zusammenwirkt, wobei unterschiedliche Plateaus der treppenförmigen Verriegelungsnut mit unterschiedlichen Verriegelungsstellungen, beispielsweise einem am weitesten voreilenden Winkel, einer Zwischenstellung und einem am weitesten nacheilenden Winkel, korrespondieren.

Aus DE 102 53 496 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt, bei der ein erster Verriegelungspin zwischen einer Endlage "früh" und einer Mittenstellung eine "verriegelte Stellung" einnimmt, während ein zweiter Verriegelungspin eine "verriegelte Stellung" zwischen einer Endstellung "spät" und der Mittenstellung einnehmen kann. Mit einem Absinken eines Öldruckes auf Null kann der erste Verriegelungspin in die "verriegelte Stellung" gebracht werden, während der zweite Verriegelungspin weiterhin in der "entriegelten Stellung" ver bleibt. Bei einem Anlassen der Brennkraftmaschine wird der Innenrotor durch ein Schleppmoment der Nockenwelle solange nach "spät" verstellt, bis der erste Verriegelungspin die Mittenstellung erreicht. Zu diesem Zeitpunkt gelangt auch der zweite Verriegelungspin in die "verriegelte Stellung". Nach erfolgtem Motorstart hebt der Regler den Öldruck in einer ersten Öldruckleistung, einer ersten Arbeitskammer und im Bereich des ersten Verriegelungspins. Dadurch wird der erste Verriegelungspin entriegelt, während der zweite Verriegelungspin in Druckkontakt mit dem zweiten Mittenanschlag gehalten wird. Für einen Übergang auf einen geregelten Betrieb erhöht der Regler den Druck in der zweiten Arbeitskammer, wodurch der zweite Verriegelungspin entriegelt wird, so dass sich der Innenrotor frei bewegen kann.

Aus DE 199 18 910 A1 ist eine Verriegelungseinrichtung bekannt, die zwei in radialer Stellrichtung betätigbare Verriegelungspins aufweist.

Denkbar ist weiterhin eine Lösung mit einem Verriegelungspin, dem ein Ventil vorgeschaltet ist, welches abhängig von einem Nockenwellenwechselmoment Öldruck aus einer der Kammern auf den Pin leitet. Diese Lösung und die zuvor skizzierte Lösung mit einem Verriegelungspin mit zwei hydraulischen Steuerflächen zeichnen sich durch ein sehr schnelles Entriegeln bei einem Start der Brennkraftmaschine mit einem Aufbau des Druckes des Hydraulikmediums auf. Allerdings hat sich gezeigt, dass für derartige Systeme ungewollte, zu frühe Entriegelungen auftreten. Dies führt dazu, dass der Versteller zum Zeitpunkt der Entriegelung noch nicht vollständig und ausreichend mit dem Hydraulikmedium befüllt ist. Das führt wie eingangs erwähnt zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung. Ein derartiges negatives Geräuschverhalten wird durch Einsatz eines konischen Verriegelungspins weiter begünstigt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verriegelungseinrichtung ist die mangelnde Fähigkeit einer sicheren Verriegelung. Der Verriegelungspin kann erst dann einriegeln, wenn beim Abstellen der Brennkraftmaschine der Druck des Hydraulikmediums ausreichend niedrig ist und die Verriegelungssteuerzeit, beispielsweise ein Endanschlag des Nockenwellenverstellers, mit dem Hydraulik medium hinreichend genau eingestellt ist.

Aus dem Hause der Anmelderin ist ein Verriegelungspin bekannt, der eine Einführkontur besitzt sowie einen zylindrischen Teilbereich, der in voll eingeriegeltem Zustand wirksam wird. Mit diesem System kann durch Einstellen einer "Basisstellung", beispielsweise eine Endlage "früh" oder Endlage "spät" mit dem Druck des Hydraulikmediums, eine sichere Verriegelung vor einem Abstellen der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.

Für ein zuverlässiges Entriegeln eines Verriegelungspins ist ein Grundspiel erforderlich, welches je nach Brennkraftmaschine variiert (minimales Verriegelungsspiel). Andererseits darf ein Maximalspiel nicht überschritten werden, damit es nicht zu unerwünschter Geräuschentwicklung kommt. Auch das Maximalspiel ist von dem eingesetzten Typ der Brennkraftmaschine abhängig. Der Abstand zwischen Minimalspiel und Maximalspiel definiert die zulässigen Fertigungstoleranzen. Liegen Minimal- und Maximalspiel sehr eng beieinander, so steigen Aufwand und Kosten für die Fertigung der Verriegelungseinrichtung.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Verriegelungseinrichtung vorzuschlagen, welche

– ein sicheres Verriegeln bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine,
– ein sicheres Entriegeln je nach Bedarf,
– eine zuverlässige Vermeidung von ungewolltem, zu frühem Entriegeln

bei einem moderaten Fertigungsaufwand gewährleistet.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend bevorzugter Ausgestaltungen gemäß den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 13.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass an die Verriegelungseinrichtung in unterschiedlichen Betriebsphasen unterschiedliche Anforderungen zu stellen sind:

– Für eine erste Betriebsphase (insbesondere abgeschaltete Brennkraftmaschine, während des Abschaltens und für einen Start der Brennkraftmaschine) sind die Kammern des Nockenwellenverstellers nur unzureichend mit dem Hydraulikmedium gefüllt, so dass ohne eine Verriegelung verhältnismäßig große Stellbewegungen möglich wären. Andererseits wirken auf den Nockenwellenversteller in diesem Betriebsbereich kleinere statische und dynamische Lasten als bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl oder größeren Drehzahlen, so dass ein Verriegelungselement geringeren Beanspruchungen ausgesetzt ist. Erfindungsgemäß kommt für derartige Betriebsbereiche das erste Verriegelungselement zum Einsatz, welches gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ein verhältnismäßig kleines Umfangsspiel aufweist.
– Eine zweite Betriebsphase ist beispielsweise für den Betrieb der Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl, einer kleinen Drehzahl und/oder niedrigen Lastanforderungen gegeben. Bei der zweiten Betriebsphase ist eine Verriegelungsstellung gewünscht, welche im Wesentlichen der Verriegelungsstellung in der ersten Betriebsphase entspricht, wobei allerdings die dynamischen Beanspruchungen der Bauelemente der Verriegelungseinrichtung einschließlich des zweiten Verriegelungselementes in Folge der auftretenden dynamischen Beanspruchungen des Nockenwellentriebes gestiegen sind. Andererseits sind in der zweiten Betriebsphase die Kammern des Nockenwellenverstellers hinreichend mit dem Hydraulikmedium befüllt. Aufgrund der hinreichenden Befüllung mit dem Hydraulikmedium sind unerwünschte Stellbewegungen nur er schwert möglich oder erfolgt eine Dämpfung derartiger Bewegungen, so dass eine Neigung zu Vibrationen zumindest vermindert ist. Erfindungsgemäß erfolgt in dieser zweiten Betriebsphase der Einsatz eines zweiten Verriegelungselementes, dessen Spiel gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung in Stellrichtung größer ist als das Spiel des ersten Verriegelungselementes. Demgemäß kann die Fertigungstoleranz für das zweite Verriegelungselement und einer zugeordneten Wirkfläche des Antriebselementes bzw. Abtriebselementes u. U. mit vergrößerter Toleranz erfolgen, wodurch der Fertigungsaufwand und die Fertigungskosten erfindungsgemäß verringert werden können.
– In einer dritten Betriebsphase erfolgt eine Verstellung des Nockenwellenverstellers aus einer "Basisstellung", die durch das erste und zweite Verriegelungselement vorgegeben ist, heraus, beispielsweise in Richtung "früh".

Erstmals erfolgt somit erfindungsgemäß ein Einsatz von zwei Verriegelungselementen für eine Endlagenverrieglung. Während sich für eine Mittenverrieglung gemäß DE 102 53 496 u. U. eine Notwendigkeit eines Einsatzes von zwei Verriegelungspins allein infolge der Notwendigkeit einer Begrenzung in zwei entgegengesetzte Stellrichtungen von der Mittenstellung aus ergibt, ist von der erfindungsgemäßen Endlagenverriegelung nur eine Bewegung in eine Stellrichtung erforderlich, was lediglich ein Verriegelungselement zwingend erforderlich erscheinen lässt. Erfindungsgemäß kommen somit zwei Verriegelungselemente zum Einsatz, die jeweils einzeln für sich und bspw. durch ihr jeweiliges Spiel zu den benachbarten Bauelementen, Ihre Dimensionierung, Ihre Ver- und Entriegelungscharakteristik den Anforderungen in der ersten genannten Betriebsphase sowie der zweiten genannten Betriebsphase gezielt Rechnung tragen können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung weist das erste Verriegelungselement ein Spiel von Null, von ungefähr Null oder ein Spiel in einer Größenordnung kleiner als das Spiel des zweiten Verriegelungsele mentes auf. Damit ist ein Spiel für abgeschaltete Brennkraftmaschine und für einen Neustart der Brennkraftmaschine nahezu ausgeschlossen und für einen hinsichtlich der Verbrennungsbedingungen und der Abgasbedingungen kritischen Start der Brennkraftmaschine liegen exakt definierte Steuerzeiten vor.

Ein derartiges geringes Spiel kann beispielsweise mit einer Spielpassung oder einer Übergangspassung erzielt werden. Eine weitere Verringerung des Fertigungsaufwandes kann für eine besondere Verriegelungseinrichtung herbeigeführt werden, indem das erste Verriegelungselement in der "verriegelten Stellung" mit einer Kontaktfläche an einer Gegenfläche des Antriebs- oder Abtriebselementes anliegt. Hierbei ist die Kontaktfläche und/oder die Gegenfläche gegenüber der Stellrichtung des ersten Verriegelungselementes um einen Neigungswinkel α geneigt. Das erste Verriegelungselement ist über ein Energiespeicherelement in Richtung der "verriegelten Stellung" beaufschlagt. Bei dem Energiespeicherelement handelt es sich beispielsweise um eine Feder, die das erste Verriegelungselement in Richtung der "verriegelten Stellung" beaufschlagt. Durch das Energiespeicherelement wird das erste Verriegelungselement solange von der "entriegelten Stellung" weg bewegt, bis die Kontaktfläche und die Gegenfläche gegenseitig zur Anlage kommen. Damit ist die "verriegelte Stellung" nicht durch eine quer zur Stellrichtung orientierte, stirnseitig Anlage des ersten Verriegelungselementes gegeben, sondern durch die geneigte Kontaktfläche und die entsprechende Gegenfläche. Dies hat zur Folge, dass unabhängig von Fertigungstoleranzen sowie davon, dass bei einer Herbeiführung der "verriegelten Stellung" des ersten Verriegelungselementes der Nockenwellenversteller exakt die gewünschte "Basisstellung" erreicht hat, eine spielfreie Anlage der Kontaktfläche und der Gegenfläche in Umfangsrichtung herbeigeführt werden. Bei entsprechend steifer Auslegung des Energiespeicherelementes, insbesondere der Druckfeder, und bei geeigneter Wahl des Neigungswinkels α kann der Nockenwellenversteller auch für ein ungenaues Erreichen der idealen Basisstellung durch das Energiespeicherelement ein letztes Stück in Richtung der gewünschten "Basisstellung" verdreht werden.

Für ein Lösen des ersten Verriegelungselementes müssen die hydraulisch an dem ersten Verriegelungselement wirkenden Drücke Kräfte erzeugen, die größer sind als die Federkraft und etwaige zwischen Kontaktfläche und Gegenfläche wirkende Reibkräfte. Ein besonders leichtes Überführen des ersten Verriegelungselementes von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelten Stellung" kann erfindungsgemäß erzielt werden, wenn der Neigungswinkel α der Kontaktfläche und der Gegenfläche gegenüber der Stellrichtung größer ist als der Selbsthemmungswinkel der Materialpaarung und Oberflächen von Kontaktfläche und Gegenfläche.

Wie zuvor erwähnt sind die (dynamischen) Beanspruchungen zum Halten der Verriegelungsposition während der ersten genannten Betriebsphase kleiner als während der zweiten Betriebsphase. Dem kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch Rechnung getragen werden, dass das erste Verriegelungselement geringer dimensioniert ist als das zweite Verriegelungselement. Demgemäß kommt in der ersten Betriebsphase ein "feineres" Verriegelungselement mit geringen Dimensionen zum Einsatz, für welches auf einfache Weise keine Toleranzen herbeigeführt werden können, während das zweite Verriegelungselement "grober" ausgebildet ist für eine Aufnahme größerer Kräfte bei gleichzeitig vergrößertem Spiel.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung, die einen Neigungswinkel α ermöglicht, ist gegeben, wenn das erste Verrieglungselement im Bereich der Kontaktfläche eine Phase aufweist oder kegelig ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Verriegelungselement Aufnahme finden in einer Bohrung des Antriebs- oder Abtriebselementes, welche kegelig ausgebildet ist oder eine Fase aufweist.

Für eine weitere erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung sind die Stellrichtungen der Verriegelungselemente parallel zur Rotationsachse des Antriebs- und/oder Abtriebselementes orientiert. Auf diese Weise kann der Einfluss von Fliehkräften des Verriegelungselementes in Folge einer Rotation des Nockenwellenverstellers minimiert werden, da die Fliehkräfte nicht in Stellrichtung wirken und somit unerwünschte Verriegelungen oder Entriegelungen des Verrie gelungselementes vermieden sind.

Zur Herbeiführung der Entriegelungsbewegungen der Verriegelungselemente ist es bei Nockenwellenverstellern mit "Basisposition" in "spät" vorteilhaft, wenn zur Entriegelung das erste Verriegelungselement durch einen Druck in einer Kammer, die zur Verstellung in Richtung "spät" beaufschlagt ist, während das zweite Verriegelungselement durch einen Druck in einer Kammer, die zur Verstellung in Richtung "früh" beaufschlagt wird, von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelte Stellung" überführt wird. Ist die "Basisposition" in "früh", wird das erste Verriegelungselement mit Hydraulikmedium aus der Kammer "früh" und das zweite Verriegelungselement mit Hydraulikmedium aus der Kammer "spät" beaufschlagt.

Während für das erste Verriegelungselement unter Umständen akzeptiert werden kann, dass in der "verriegelten Stellung" in Folge der Neigung der Kontaktfläche und/oder der Gegenfläche

– ein Moment, welches auf eine Verstellung des Nockenwellenverstellers gerichtet ist sowie
– eine Kraft in Stellrichtung des ersten Verriegelungselementes

erzeugt wird, ist es für das zweite Verriegelungselement entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, wenn auf dieses in Folge der größeren wirkenden Momente derartige Kräfte nicht erzeugt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass für das zweite Verriegelungselement die Kontaktfläche und die Gegenfläche des zweiten Verriegelungselementes und des Antriebs- bzw. Abtriebselementes ungefähr parallel zur Stellrichtung des Verriegelungselementes orientiert sind.

Besonders einfache Herstellungsmöglichkeiten und eine besonders einfache Möglichkeit zur Vorgabe eines Spieles ergibt sich, wenn das zweite Verriegelungselement im Bereich der Kontaktfläche eine zylinderförmige Mantelfläche aufweist, während die Gegenfläche des Antriebs- oder Abtriebselementes von einer zylindrischen Bohrung gebildet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche abweichend von den gewählten Rückbeziehungen ist ebenfalls möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungsfiguren dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen Nockenwellenversteller in einem Querschnitt;
2 ein Detail einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung mit einem zweiten Verriegelungselement;
3 ein Detail einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung mit einem ersten Verriegelungselement und
4 ein Detail einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung mit einer alternativen Ausgestaltung eines ersten Verriegelungselementes.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt einen Nockenwellenversteller 10 für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein Antriebselement 11, welches beispielsweise drehfest mit einem Kettenrad verbunden ist und von einer Steuerkette angetrieben wird, gegenüber einem Abtriebselement 12, die beispielsweise drehfest mit einer Nockenwelle 13 gekoppelt ist, im Zuge einer Stellbewegung des Nockenwellenverstellers 10 um eine vertikal zur Zeichenebene orientierte Rotationsachse 14 definiert verdrehbar ist. In dem Antriebselement 11 sind Arbeitsräume 15 gebildet, die radial nach außen sowie in beide Umfangsrichtungen durch das Antriebselement 11 sowie radial nach innen durch eine Mantelfläche des Abtriebselementes 12 begrenzt sind. Flügel 16 des Abtriebselementes 11 unterteilen die Arbeitsräume 15 in eine Kammer 17, mittels welcher eine Verstellung des Nockenwellenverstellers 10 in Richtung "spät" erfolgt, sowie eine Kammer 18, bei deren hydraulischer Beaufschlagung eine Stellbewegung in Richtung "früh" erfolgt. In der in 1 skizzierten Stellposition befindet sich der Nockenwellenversteller 10 in einer "Basisstellung" (hier Endlage "spät), für die sich ein Flügel 19 im Bereich eines Anschlages 20 befindet.
Der Nockenwellenversteller 10 besitzt ein erstes Verriegelungselement 21 sowie ein zweites Verriegelungselement 22, die in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 14 verteilt sind und deren Stellrichtungen 23, 24, parallel zur Rotationsachse 14 orientiert sind. In der skizzierten "verriegelten Stellung" besitzt das Antriebselement 11 relativ zu dem Abtriebselement 12 in Folge des ersten Verriegelungselementes 21 ein Umfangsspiel 25, während über das zweite Verriegelungselement 22 ein Umfangsspiel 26 gewährleistet ist. Über einen Verbindungskanal 27 ist das erste Verriegelungselement 21 hydraulisch mit der Kammer 17 verbunden, wobei der Hydraulikdruck der Kammer 17 auf eine Stirnfläche 28 des ersten Verriegelungselementes 21 wirkt. Entsprechend ist das zweite Verriegelungselement 22 über einen Verbindungskanal 29 hydraulisch mit einer Kammer 18 verbunden, so dass der Druck der Kammer 18 auf eine Stirnfläche 30 des zweiten Verriegelungselementes 22 wirkt.
2 zeigt das zweite Verriegelungselement 22, welches in Stellrichtung 24 in einer Bohrung 31 des Abtriebselementes 12 geführt ist. Wird das zweite Verriegelungselement 22 aus der in 2 skizzierten "verriegelten Stellung" weiter in die Bohrung 31 eingeschoben, bis die Stirnfläche 30 bündig mit dem Abtriebselement 12 abschließt, so ist die "entriegelte Stellung" erreicht, in der das Antriebselement 11 relativ zu dem Abtriebselement 12 verdrehbar ist. Diese "entriegelte Stellung" nimmt das zweite Verriegelungselement 22 ein, wenn das über den Verbindungskanal 29 der Stirnfläche 30 zugeführte Hydraulikmedium größere Kräfte auf die Stirnfläche 30 ausübt als die Druckfeder 32, die das zweite Verriegelungselement 22 rückwärtig abstützt. Mit einer Verringerung des auf die Stirnfläche 30 wirkenden Druckes des Hydraulikmediums kann, bei geeigneter relativer Lage zwischen Antriebselement 11 und Abtriebselement 12 ("Basisstellung"), in Folge der Vorspannung der Druckfeder 32 das zweite Verriegelungselement die in 2 skizzierte "verriegelte Stellung" einnehmen. Das zweite Verriegelungselement 22 besitzt in dem in das Antriebselement 11 hineinragenden Endbereich eine zylinderförmige Mantelfläche 33. Das zweite Verriegelungselement 22 ist gemäß 2 in der "verriegelten Stellung" in eine Bohrung 34 des Antriebselementes 11 eingetreten, wobei der Verbindungskanal 29 seitlich in die Bohrung 34 oder Ausnehmung mündet. Zwischen einer Kontaktfläche 35 der Mantelfläche 33 und einer Gegenfläche 36 der Bohrung 34 ist das Umfangsspiel 26 ausgebildet, wobei Kontaktfläche 35 und Gegenfläche 36 parallel zueinander und zur Stellrichtung 24 orientiert sind. Sowohl die Bohrung 34 als auch die Mantelfläche 33 können über Einführfasen, Abschrägungen, kurvenförmige Längsschnitte verfügen, wobei es u. U. von Vorteil ist, wenn die Kontaktfläche 35 und die sich ausbildende Gegenfläche 36 parallel zueinander und zu der Stellrichtung 24 sind. Es versteht sich, dass abweichend zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Bohrung zur Führung des zweiten Verriegelungselementes 22 in dem Antriebselement 11 vorgesehen sein kann, während sich die Bohrung 34 in dem Abtriebselement 12 befinden kann.
3 zeigt das erste Verriegelungselement 21, dessen in der skizzierten "verriegelten Stellung" in eine Ausnehmung 37 des Antriebselementes 11 hineinragender Endbereich kegelförmig oder mit einem Konus 38 ausgebildet ist.
Die Ausnehmung 37 ist zumindest in eine Umfangsrichtung mit einer Schräge oder Fase 39 versehen. In Folge der Druckfeder 40 wird in der in 3 skizzierten relativen Lage von Antriebselement 11 und Abtriebselement 12 das erste Verriegelungselement 21 so weit in die Ausnehmung 37 hineingedrückt, bis eine Kontaktfläche 41, die von dem Konus 38 des zweiten Verriegelungselementes 22 gebildet ist, zur Anlage an eine Gegenfläche 42 kommt, die von der Fase 39 gebildet ist. Kontaktfläche 41 und Gegenfläche 42 sind gegenüber der Stellrichtung 23 um einen Winkel α geneigt, der größer als der Selbsthemmungswinkel der Materialpaarungen und der Oberflächen sein kann, insbesondere größer ist als 5°, 7° oder 9°.
Die Konturen der Fase 39 und des Konus 38 können beliebig von der dargestellten Kontur gemäß 3 abweichen und insbesondere rotationssymmetrisch oder nicht rotationssymmetrisch sein, im dargestellten Längsschnitt geradenförmig oder beliebig kurvenförmig sein. Durch den Kontakt von Kontaktfläche 41 und Gegenfläche 42 erfolgt eine Verriegelung in eine Umfangsrichtung, während beispielsweise eine Verriegelung in die andere Umfangsrichtung in Folge des Kontaktes von Flügel 19 an Anschlag 20 erfolgen kann.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung mit einem ersten Verriegelungselement 21a, dessen Endbereich anstelle des Konus 38 gemäß 3 ungefähr zylinderförmig, beispielsweise mit einer geringen Fase oder Abrundung, ausgebildet ist, während die Ausnehmung 37a über eine Fase 39a verfügt.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Verriegelungsrichtung ist wie folgt:
Vor einem Abstellen der Brennkraftmaschine wird die ungeregelte Basissteuerzeit bzw. "Basisstellung" gemäß 1 angefahren. In der "Basisstellung" verriegelt das zweite Verriegelungselement 22. Das erste Verriegelungselement 21 befindet sich in "Warteposition", kann allerdings in Folge eines zu hohen Öldruckes in der Kammer 17 noch nicht in die "verriegelte Stellung" gelangen. Sobald die Brennkraftmaschine komplett steht und die Kammer b keinen Druck des Hydraulikmediums mehr hat, gelangt das erste Verriegelungselement 21 in die "verriegelte Stellung". Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn die Erstreckung der Fase 39 quer zur Stellrichtung 23 ungefähr so groß ist wie oder größer ist als das Umfangsspiel 26, so dass infolge der Druckfeder 40 die exakte Stellung zur Verriegelung des ersten Verriegelungselementes 21 herbeigeführt werden kann. Bei einem Neustart der Brennkraftmaschine bleiben zunächst beide Verriegelungselemente 21, 22 in "verriegelter Stellung", bis der Druck des Hydraulikmediums in der Kammer 17 groß genug ist, um das erste Verriegelungselement 21 in die "entriegelte Stellung" zu überführen. Wegen der großen Menge des Hydraulikmediums in dem Nockenwellenversteller 10 führt das höhere Umfangsspiel 26 des zweiten Verriegelungselementes 22 nicht zu unerwünschten Geräuschen. Mit einer Beaufschlagung der Kammer 18 entriegelt das zweite Verriegelungselement, so dass der Nockenwellenversteller 10 geregelt entsprechend den Hydraulikverhältnissen in den Kammern 17, 18 in jede gewünschte Stellposition gebracht werden kann.

10: Nockenwellenversteller
11: Antriebselement
12: Abtriebselement
13: Nockenwelle
14: Rotationsachse
15: Arbeitsraum
16: Flügel
17: Kammer
18: Kammer
19: Flügel
20: Anschlag
21: erstes Verriegelungselement
22: zweites Verriegelungselement
23: Stellrichtung
24: Stellrichtung
25: Umfangsspiel
26: Umfangsspiel
27: Verbindungskanal
28: Stirnfläche
29: Verbindungskanal
30: Stirnfläche
31: Bohrung
32: Druckfeder
33: Mantelfläche
34: Bohrung
35: Kontaktfläche
36: Gegenfläche
37: Ausnehmung
38: Konus
39: Fase
40: Druckfeder
41: Kontaktfläche
42: Gegenfläche

Claims

Verriegelungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller (10) einer Brennkraftmaschine mit a) einem Antriebselement (11) und einem Abtriebselement (12), die mit einer Stellbewegung des Nockenwellenverstellers (10) relativ zueinander bewegbar sind, und b) einem ersten Verriegelungselement (21) und einem zweiten Verriegelungselement (22), welche jeweils in einer "Basisstellung" des Antriebselementes (11) gegenüber dem Abtriebselement (12) von einer "entriegelten Stellung" in eine "verriegelte Stellung" bewegbar sind, in der die Verriegelungselemente (21, 22) die relative Bewegbarkeit zwischen Antriebselement (11) und Abtriebselement (12) zumindest begrenzen. dadurch gekennzeichnet, dass c) die "Basisstellung" eine Endlage des Nockenwellenverstellers (10) ist.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verriegelungselemente (21, 22) aus unterschiedlichen Kammern (17, 18) des Nockenwellenverstellers beaufschlagt werden.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement (21), welches für eine Abschaltung der Brennkraftmaschine wirksam ist, ein kleineres Umfangsspiel (25) aufweist als das zweite Verriegelungselement (22), welches nach der Überführung des ersten Verriegelungselementes (21) von der "verriegelten Stel lung" in die "entriegelte Stellung" in Teilbetriebsbereichen wirksam ist.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement (21) ein Umfangsspiel (25) von ungefähr Null aufweist.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Verriegelungselement (21) in der "verriegelten Stellung" mit einer Kontaktfläche (41) an einer Gegenfläche (42) des Antriebselementes (11) oder Abtriebselementes (12) anliegt, wobei die Kontaktfläche (41) und/oder die Gegenfläche (42) gegenüber der Stellrichtung (23) um einen Neigungswinkel α geneigt ist/sind und b) das erste Verriegelungselement (21) über ein Energiespeicherelement (Druckfeder 40) in Richtung der "verriegelten Stellung" beaufschlagt ist.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α der Kontaktfläche (41) und der Gegenfläche (42) gegenüber der Stellrichtung (23) größer ist als der Selbsthemmungswinkel der Materialpaarung und Oberflächen von Kontaktfläche (41) und Gegenfläche (42).
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement (21) geringer dimensioniert ist als das zweite Verriegelungselement (22).
Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verrieglungselement (21) im Bereich der Kontaktfläche (41) eine Fase aufweist, kegelig ausgebildet ist oder einen Konus (38) aufweist.
Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verrieglungselement (21) Aufnahme findet in einer Bohrung (34) des Antriebselementes (11) oder Abtriebselementes (12), welche kegelig ausgebildet ist oder eine Fase (39) aufweist.
Verriegelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellrichtungen (23, 24) der Verriegelungselemente (21, 22) parallel zur Rotationsachse (14) des Antriebselementes (11) und/oder Abtriebselementes (12) orientiert sind.
Verriegelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Verriegelungselement (21) durch einen Druck in einer Kammer (17), die zur Verstellung in Richtung "spät" beaufschlagt wird, von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelte Stellung" überführt wird und b) das zweite Verrieglungselement (22) durch einen Druck in einer Kammer (18), die zur Verstellung in Richtung "früh" beaufschlagt wird, von der "verriegelten Stellung" in die "entriegelte Stellung" überführt wird.
Verriegelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verriegelungselement (22) in der "verriegelten Stellung" mit einer Kontaktfläche (35) an einer Gegenfläche (36) des Antriebselementes (11) oder Abtriebselementes (12) anliegt, wobei die Kontaktfläche (35) und die Gegenfläche (36) ungefähr parallel zur Stellrichtung (24) des zweiten Verriegelungselementes (22) orientiert sind.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verriegelungselement (22) im Bereich der Kontaktfläche (35) eine zylinderförmige Mantelfläche (33) aufweist und die Gegenfläche (36) des Antriebselementes (11) oder Abtriebselementes (12) von einer zylindrischen Bohrung (34) gebildet ist.