DE102006012348A1 - Verstelleinrichtung - Google Patents

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Matthias Dipl.-Ing. Gregor
Jens Dipl.-Ing. Meintschel
Jörg Dr. Ing. Rösener
Thomas Dipl.-Ing. Stolk
Ulrich Dr. rer. nat. Stubbemann
Alexander Von Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellmittel (3) zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel (2, 7, 8) und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel (2, 7, 8) verbundenen Abtriebsmittel (1, 6), wobei die Beaufschlagung des Stellmittels (3) mit Hydraulikmittel von einem Steuerventil (5) gesteuert wird, welches mittels eines Elektromagneten (4) betätigbar ist, und mit einem Verriegelungselement (14), welches in einer Verriegelungsposition zur Verriegelung des Antriebsmittels (2, 7, 8) mit dem Abtriebsmittel (1, 6) und in einer Entriegelungsposition zur Entriegelung des Antriebsmittels (2, 7, 8) mit dem Abtriebsmittel (1, 6) dient, wobei das Verriegelungselement (14) zusätzlich zur Steuerung des Hydraulikmittels dient.
Um eine Verstelleinrichtung mit vereinfachter Regelung bei reduziertem Bauraum zu schaffen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Verriegelungselement (14) in einer Zwischenposition einen Hydraulikmittelfluss ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellmittel zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine gattungsgemäße Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel in Form eines hydraulischen Nockenwellenverstellers einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 102 05 415 A1 bekannt. Der Nockenwellensteller besitzt ein Stellmittel und ein Steuerventil, welches durch einen Elektromagneten betätigbar ist und das Stellmittel steuert. Bei Ausfall von Ansteuerung und Sensorik oder bei Unterschreitung des zum Betrieb erforderlichen Hydraulikmitteldrucks muss der Nockenwellenversteller durch drehfeste Verbindung von Antriebsmittel und Abtriebsmittel verriegelt werden. Hierzu weist der Nockenwellensteller ein Verriegelungselement auf, welches hydraulisch betätigt wird. Das Verriegelungselement ist innerhalb des Abtriebsmittels in einer Axialbohrung angeordnet. Ein Federelement beaufschlägt dabei einen Kolben in Richtung des Antriebsmittels, welcher hierdurch in eine Aussparung des Antriebsmittels gepresst wird. Dadurch ist der Nockenwellensteller verriegelt. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird die Aussparung mit Hydraulikmittel beaufschlagt, wodurch der Kolben mit einer axial entgegen dem Federelement gerichteten Kraft beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben in die Axialbohrung verdrängt und der Nockenwellensteller ist wieder entriegelt. Zusätzlich zu seiner Verriegelungsfunktion dient das Verriegelungselement noch der Hydraulikmittelsteuerung in das Stellmittel. Das Verriegelungselement kontrolliert die Hydraulikmittelzufuhr in einen Druckraum des Stellmittels, indem eine Verbindung zwischen dem Druckraum des Stellmittels und der Axialbohrung des Verriegelungselementes durch die Stellung des Kolbens des Verriegelungselementes überwacht wird.
    •
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verstelleinrichtung mit vereinfachter Regelung bei reduziertem Bauraum zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei gleichzeitiger Steuerungs- und Verriegelungsfunktion des Verriegelungselementes eine Vereinfachung der Regelung der Verstelleinrichtung sowie eine Bauraumverkleinerung möglich ist, indem das Verriegelungselement in einer Zwischenposition einen Hydraulikmittelfluss ermöglicht. Vorteilhafterweise erfolgt in dieser Zwischenposition eine Entleerung des Stellmittels, so dass die Verriegelungsposition des Verriegelungselementes sicher erreicht werden kann.
  • Vorteilhafterweise ist ein Teil des Verriegelungselementes als Ventilkörper des Steuerventiles ausgebildet, wodurch ein separates Bauteil entfällt.
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnungen, 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 eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit einem Stellmittel zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem Abtriebsmittel, mit einem das Stellmittel mit Hydraulikmittel beaufschlagenden Steuerelement und mit einem Verriegelungselement zur Verriegelung des Antriebsmittels mit dem Abtriebsmittel in einer Verriegelungsposition, und
  • 2 ein Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung gemäß 1 und eine schematische Darstellung des mit mindestens einer Nase versehenen Verriegelungselementes und des mit einer entsprechenden Nut versehenen Antriebsmittels in der Verriegelungsposition, in welcher die Nase des Verriegelungselementes in die Nut des Antriebsmittels eingreift, und
  • 3 die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit dem Verriegelungselement in einer Zwischenposition zwischen Entriegelung und Verriegelung der Verstelleinrichtung, und
  • 4 ein Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung gemäß 3 mit einer schematischen Darstellung des Verriegelungselementes und des Antriebsmittels des Stellmittels in der Zwischenposition, in welcher sich die Nase des Verriegelungselementes seitlich neben der Nut des Antriebsmittels befindet, und
  • 5 die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mit dem Verriegelungselement in einer Entriegelungsposition, und
  • 6 ein Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung gemäß 5 mit einer schematischen Darstellung des Verriegelungselementes und des Antriebsmittels des Stellmittels in der Entriegelungsposition, in welcher sich die Nase des Verriegelungselementes und die Nut des Antriebsmittels in einem Abstand gegenüberliegen.
  • Gleiche Bauteile in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellmittel zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel, wobei die Beaufschlagung des Stellmittels mit Hydraulikmittel von einem Steuerelement gesteuert wird, welches mittels eines Elektromagneten betätigbar ist. Ferner besitzt die Verstelleinrichtung ein Verriegelungselement zur Verriegelung des Antriebsmittels mit dem Abtriebsmittel.
  • Die 1, 3 und 5 zeigen in einem Teilschnitt eine bevorzugte Verstelleinrichtung in Form eines hydraulischen Phasenstellers, welcher vorzugsweise zum Verstellen einer Phasenlage einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle gegenüber einer Nockenwelle 1 einer Brennkraftmaschine dient, wobei die Kurbelwelle bzw. ein kurbelwellenfestes Bauteil 2 der Nockenwelle 1 das Antriebsmittel und die Nockenwelle 1 das Abtriebsmittel darstellt. Die Verstelleinrichtung besteht aus einem zwischen dem kurbelwellenfesten Bauteil 2 der Nockenwelle 1 und der Nockenwelle 1 selbst angeordneten hydraulischen Stellmittel 3 und einem mittels eines Elektromagneten 4 betätigbaren Steuerventil 5, welches dem hydraulischen Stellmittel 3 Hydraulikmittel aus dem hier nicht näher ausgeführten Hydraulikmittelkreislauf der Brennkraftmaschine zuführt.
  • Das als Flügelzellenmotor ausgebildete Stellmittel 3 weist zwei zur Verstellung gegeneinander verdrehbare Bauteile auf, und zwar einen nockenwellenfesten Innenkörper 6 und das als Außenkörper ausgebildete kurbelwellenfeste Bauteil 2. Die Bauteile 2, 6 sind zwischen einem ersten Deckel 7 und einem zweiten Deckel 8 angeordnet. Der kurbelwellenfeste Außenkörper 2 ist mit dem ersten Deckel 7 und dem zweiten Deckel 8 drehfest verbunden. Der Außenkörper 2 weist an seinem Außenumfang entweder einstückig mit dem Außenkörper 2 ausgebildete oder separate, fest mit dem Außenkörper 2 verbundene Verzahnungen 9 auf, über welche die Nockenwelle 1 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Alternativ hierzu können die Verzahnungen 9 auch an einem der beiden Deckel 7, 8 angeordnet sein. Anstelle des hier angedeuteten und angesprochenen Kettentriebes können selbstverständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie beispielsweise Zahnriemenantriebe oder auch Zahnradantriebe.
  • Der Außenkörper 2 des Stellmittels 3 weist über seinen Umfang verteilt radial nach innen ragende, hier nicht sichtbare Gehäuseflügel auf, denen seitens des Innenkörpers 6 als Stellmittel hier ebenfalls nicht sichtbare Gegenflügel zugeordnet sind, wobei die Flügel (Gehäuseflügel und Gegenflügel) miteinander Flügelzellen 10 ausbilden, welche hydraulisch beaufschlagbar sind.
  • Um das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 1 übertragen zu können, ist wie bereits erwähnt der Innenkörper 6 der Verstelleinrichtung drehfest mit der Nockenwelle 1 verbunden. Das Antriebsmoment wird durch den Außenkörper 2 in die Verstelleinrichtung eingebracht und über die Flügelzellen 10 auf den Innenkörper 6 übertragen.
  • Das Steuerventil 5 steuert die Hydraulikmittelzufuhr zur jeweiligen Flügelzelle 10 des Stellmittels 3 der Verstelleinrichtung und damit die Phasenlage der Nockenwelle 1 gegenüber der Phasenlage der Kurbelwelle bzw. deren Änderung. Das Steuerventil 5 weist einen, in einem Ventilkörper 5a verschieblich angeordneten Steuerkolben 5b, der von einem Anker 4a des Elektromagneten 4 und einer Rückstellfeder 5c beaufschlagbar ist, wobei der Elektromagnet 4 vorzugsweise als Proportionalmagnet ausgebildet ist. Der Steuerkolben 5b wird bei bestromtem Elektromagneten 4 durch den Anker 4a in axialer Richtung 11 zur Nockenwelle 1 hin bewegt und bei unbestromtem Elektromagneten 4 durch die als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 5c in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in axialer Richtung 11 von der Nockenwelle 1 weg bewegt. Dabei kann der Steuerkolben 5b in axialer Richtung 11 unterschiedliche Positionen einnehmen, wodurch die Flügelzellen 10 des Stellmittels 3 über Befüllungskanäle 12 gezielt befüllt oder über Entleerungskanäle 13 gezielt entleert werden können und somit die Phasenlage der Nockenwelle 1 gegenüber der Kurbelwelle eingestellt werden kann.
  • Beim Start der Brennkraftmaschine ist eine definierte Grundstellung der Nockenwelle 1 einzuhalten. Hierzu ist bis zum Aufbau des Hydraulikmitteldrucks der Brennkraftmaschine nach dem Start ein Verriegeln der Verstelleinrichtung erforderlich. Daher weist die Verstelleinrichtung ein Verriegelungselement 14 zur Verriegelung der Nockenwelle 1 mit der Kurbelwelle auf, wobei das Verriegelungselement 14 den Innenkörper 6 des Stellmittels 3 bei der Verriegelung mit dem Außenkörper 2 des Stellmittels 3 koppelt.
  • Im vorliegenden Fall ist das Verriegelungselement 14 vorzugsweise in Form einer Hülse 14a mit Bund 14b ausgebildet und um das Steuerventil 5 herum angeordnet, wobei die koaxiale Anordnung von Steuerventil 5 und Verriegelungselement 14 Vorteile bezüglich des Bauraumes bietet. Das Verriegelungselement 14 ist drehfest mit der Nockenwelle 1 verbunden, aber axial verschieblich auf dem Steuerkolben 5a des Steuerventils 5 angeordnet, wobei die Drehmomentübertragung vom Verriegelungselement 14 zur Nockenwelle 1 beispielsweise durch eine Verzahnung oder ein Polygon erfolgt. Das Verriegelungselement 14 ist von einem Entriegelungsanker 15a eines Entriegelungsmagneten 15 und einer Verriegelungsfeder 16 beaufschlagbar. Das Verriegelungselement 14 wird bei bestromtem Entriegelungsmagneten 15 durch den Entriegelungsanker 15a in axialer Richtung 11 zur Nockenwelle 1 hin bewegt und bei unbestromtem Entriegelungsmagneten 15 durch die als Druckfeder ausgebildete Verriegelungsfeder 16 in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in axialer Richtung 11 von der Nockenwelle 1 weg bewegt. Im Verriegelungsfall greift das Verriegelungselement 14 mit mindestens einer Nase 14c in eine entsprechende Nut 8a des zweiten Deckels 8 des Außenkörpers 2 ein. Vorzugsweise bilden die beiden Magneten 4 und 15 eine bauliche Einheit.
  • Das Verriegelungselement 14 steht in unmittelbarer Wirkverbindung mit dem Steuerventil 5. Hierzu ist entweder das Verriegelungselement 14 mit dem Steuerventil 5 bzw. mit einem für den Hydraulikmittelfluss verantwortlichen Element des Steuerventils 5 verbunden oder das Verriegelungselement 14 bzw. Teile des Verriegelungselementes 14 bilden mindestens teilweise das Steuerventil 5 bzw. ein für den Hydraulikmittelfluss verantwortliches Element des Steuerventils 5 aus, beispielsweise den Ventilkörper 5a.
  • Die 1 bis 6 zeigen eine Verstelleinrichtung, bei der das Verriegelungselement 14 teilweise den Ventilkörper 5a ausbildet. Das Verriegelungselement 14 kann drei Positionen einnehmen, eine Verriegelungsposition gemäß 1 und 2, bei welcher der Entriegelungsanker 15a in etwa an einem Anschlag 17 anliegt, eine Entriegelungsposition gemäß 5 und 6, bei welcher der Entriegelungsanker 15a an einem Anschlag 18 anliegt, und eine Zwischenposition gemäß 3 und 4, bei welcher der Entriegelungsanker 15a sich in etwa zwischen den beiden Anschlägen 17 und 18 befindet.
  • Um eine Verstelleinrichtung mit vereinfachter Regelung bei reduziertem Bauraum zu schaffen, ermöglicht das Verriegelungselement 14 in der Zwischenposition gemäß 3 und 4 einen Hydraulikmittelfluss. Wie unten genauer aufgeführt, ermöglicht das Verriegelungselement 14 in der Zwischenposition eine Entleerung des Stellmittels 3, so dass eine sichere Verriegelung der Verstelleinrichtung möglich ist.
  • In stromlosem Zustand der Verstelleinrichtung, d.h. der Entriegelungsmagnet 15 ist nicht bestromt und die Verriegelungsfeder 16 beaufschlagt das Verriegelungselement 14, befindet sich das Verriegelungselement 14 in der Verriegelungsposition gemäß 1 und 2, in welcher der Entriegelungsanker 15a in etwa an einem Anschlag 17 anliegt und die mindestens eine Nase 14c des Verriegelungselementes 14 in die entsprechende Nut 8a des zweiten Deckels 8 des Außenkörpers 2 eingreift. Der als Ventilkörper 5a ausgeführte Teil 14a des Verriegelungselementes 14 verschließt die Entleerungskanäle 13 der einzelnen Flügelzellen 10, d.h. das Verriegelungselement 14 wird gleichzeitig zur Steuerung des Hydraulikmittelflusses genutzt.
  • 2 zeigt schematisch das mit der Nase 14c versehene Verriegelungselement 14 und der mit der entsprechenden Nut 8a versehenene Deckel 8 in der Verriegelungsposition, in welcher die Nase 14c des Verriegelungselementes 14 in die Nut 8a des Deckels 8 eingreift, und das entsprechende Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung in der Verriegelungsposition 17.
  • Zum Entriegeln bzw. zum Normalbetrieb wird, wie in 3 und 4 dargestellt, durch Bestromung des Entriegelungsmagneten 15 der Entriegelungsanker 15a entgegen der Kraft der Verriegelungsfeder 16 vom Anschlag 17 in Richtung zum Anschlag 18 hin fortbewegt, d.h. der Entriegelungsanker 15a des Entriegelungsmagneten 15 befindet sich in der Zwischenposition zwischen Anschlag 17 und 18, und hierdurch die Nase 14c des Verriegelungselementes 14 aus der Nut 8a des Deckels 8 gedrückt. Der als Ventilkörper 5a ausgeführte Teil 14b des Verriegelungselementes 14 öffnet die Entleerungskanäle 13 der einzelnen Flügelzellen 10 des Stellmittels 3 der Verstelleinrichtung, wobei ein Abfluss des Hydraulikmittels in einen Tank T der Verstelleinrichtung erfolgen kann.
  • 4 zeigt schematisch das mit der Nase 14c versehene Verriegelungselement 14 und der mit der entsprechenden Nut 8a versehenene Deckel 8 in der Zwischenposition, in welcher sich die Nase 14c des Verriegelungselementes 14 seitlich neben der Nut 8a des Deckels 8 befindet, und das entsprechende Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung in der Zwischenposition.
  • Durch Bestromung des Entriegelungsmagneten 15 wird der Entriegelungsanker 15a entgegen der Kraft der Verriegelungsfeder 16 nun vollends vom Anschlag 17 zum Anschlag 18 hin bewegt, d.h. der Entriegelungsanker 15a des Entriegelungsmagneten 15 befindet sich in der Entriegelungsposition. Hierdurch ist die Nase 14c des Verriegelungselementes 14 vollständig aus der Nut 8a des Deckels 8 gedrückt. Der als Ventilkörper 5a ausgeführte Teil 14b des Verriegelungselementes 14 verschließt die Entleerungskanäle 13 der einzelnen Flügelzellen 10 des Stellmittels 3 der Verstelleinrichtung.
  • 6 zeigt schematisch das mit der Nase 14c versehene Verriegelungselement 14 und der mit der entsprechenden Nut 8a versehenene Deckel 8 in der Entriegelungsposition, in welcher sich die Nase 14c des Verriegelungselementes 14 und die Nut 8a des Deckels 8 in einem Abstand gegenüberliegen, und das entsprechende Prinzipschaltbild für die Verstelleinrichtung in der Entriegelungsposition.

Claims (8)

  1. Verstelleinrichtung mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Stellmittel (3) zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel (2, 7, 8) und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel (2, 7, 8) verbundenen Abtriebsmittel (1, 6), wobei die Beaufschlagung des Stellmittels (3) mit Hydraulikmittel von einem Steuerventil (5) gesteuert wird, welches mittels eines Elektromagneten (4) betätigbar ist, und mit einem Verriegelungselement (14), welches in einer Verriegelungsposition zur Verriegelung des Antriebsmittels (2, 7, 8) mit dem Abtriebsmittel (1, 6) und in einer Entriegelungsposition zur Entriegelung des Antriebsmittels (2, 7, 8) mit dem Abtriebsmittel (1, 6) dient, wobei das Verriegelungselement (14) zusätzlich zur Steuerung des Hydraulikmittels dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) in einer Zwischenposition einen Hydraulikmittelfluss ermöglicht.
  2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) in der Zwischenposition eine Entleerung des Stellmittels (3) ermöglicht.
  3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) mit dem Steuerventil (5) verbunden ist.
  4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) mindestens teilweise das Steuerventil (5) ausbildet.
  5. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (14b) des Verriegelungselementes (14) als Ventilkörper (5a) des Steuerventils (5) ausgebildet ist.
  6. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) drehfest mit dem Abtriebsmittel (1, 6) verbunden ist und zur Verriegelung in das Antriebsmittel (2, 7, 8) eingreift.
  7. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) und das Steuerventil (5) koaxial angeordnet sind.
  8. Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Verstelleinrichtung um einen hydraulischen Phasensteller handelt.
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