DE102006021706A1

DE102006021706A1 - Verstelleinrichtung

Info

Publication number: DE102006021706A1
Application number: DE102006021706A
Authority: DE
Inventors: Matthias Heinze; Holger Dipl.-Ing. Rudzinski
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel (2) und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel (2) verbundenen Abtriebsmittel (1), mit einem hydraulischen Stellmittel (3) und mit einem Steuerventil (4), welches das Stellmittel (3) über einen Zulauf (5) mit Hydraulikmittel beaufschlagt. Um eine Verstelleinrichtung zu schaffen, deren Funktion bei ausreichender Verstellgeschwindigkeit stets sichergestellt ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sich im Zulauf (5) der Verstelleinrichtung mindestens ein Rückschlagventil (17) mit öldruckabhängigem Strömungswiderstand befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Antriebsmittel in Form eines hydraulischen Nockenwellenstellers einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2004 035 035 A1 bekannt. Der Nockenwellensteller besitzt ein hydraulisches Stellmittel und ein Steuerventil, welches das Stellmittel über einen Zulauf mit Hydraulikmittel beaufschlagt. Die Verstelleinrichtung ist mit einer zentralen Schraube an der Nockenwelle fixiert. Der Schraubenschaft bildet zugleich das Ventilgehäuse des Steuerventils, wobei im Ventilgehäuse ein Steuerschieber verschiebbar gelagert ist. In den Schraubenschaft ist ein hydraulisches Rückschlagventil integriert, welches ein Rückströmen des Hydraulikmittels aus dem Steuerventil verhindert.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 198 17 319 C2 , die DE 196 80 572 C1 , die EP 0 537 665 A2 und die US 4 503 882 B verwiesen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verstelleinrichtung zu schaffen, deren Funktion bei ausreichender Verstellgeschwindigkeit stets sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Rückschlagventil aufgrund seines öldruckabhängigen Strömungswiderstands nur bei kleinen Motordrehzahlen bzw. Motordrücken wirken kann. Bei hohen Motordrehzahlen bzw. Motordrücken verhindert die Trägheit des Sperrelementes die Funktion des Rückschlagventils. D.h. die Funktion des Rückschlagventils ist bei kleinen Drehzahlen bzw. Drücken sichergestellt, während das Rückschlagventil bei hohen Drehzahlen bzw. Drücken außer Kraft gesetzt ist, wodurch die Strömungswiderstände in der Verstelleinrichtung sinken und die Strömungsverluste der Verstelleinrichtung minimiert werden.
Vorteilhafterweise wird die Verstellgeschwindigkeit der Verstelleinrichtung aufgrund der gesunkenen Strömungswiderstände in der Verstelleinrichtung bei hohen Motordrehzahlen bzw. Motordrücken gesteigert.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von zwei Zeichnungen 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 einen Längsschnitt durch eine Verstelleinrichtung mit einem Rückschlagventil in einem Zulauf zur Versorgung eines Stellmittels mit Hydraulikmittel, und
2 das Rückschlagventil in einer vergrößerten Darstellung.
Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel verbundenen Abtriebsmittel. Die Verstelleinrichtung besitzt ein hydraulisches Stellmittel und ein Steuerventil, welches das Stellmittel über einen Zulauf mit Hydraulikmittel beaufschlagt.
1 zeigt in einem Teilschnitt eine bevorzugte Verstelleinrichtung in Form eines hydraulischen Phasenstellers, welcher vorzugsweise zum Verstellen einer Phasenlage einer Nockenwelle 1 gegenüber einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dient, wobei die Kurbelwelle bzw. ein von der Kurbelwelle angetriebenes Kettenrad 2 der Nockenwelle 1 das Antriebsmittel und die Nockenwelle 1 das Abtriebsmittel darstellt. Die Verstelleinrichtung besteht aus einem zwischen dem kurbelwellenfesten Kettenrad 2 der Nockenwelle 1 und der Nockenwelle 1 selbst angeordneten hydraulischen Stellmittel 3 und einem Steuerventil 4, welches dem hydraulischen Stellmittel 3 über einen Zulauf 5 Hydraulikmittel aus dem hier nicht sichtbaren 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 einen Außenkörper 7, der als Kettenrad 2 ausgebildet ist, indem an seinem Außenumfang entweder einstückig mit dem Außenkörper 7 ausgebildete oder separate, fest mit dem Außenkörper 7 verbundene Verzahnungen 8 angeordnet sind, über welche der Außenkörper 7 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Bauteile 6, 7 sind zwischen einem ersten Deckel 9 und einem zweiten Deckel 10 angeordnet. Der von der Kurbelwelle angetriebene Außenkörper 7 ist mit den Deckeln 9, 10 drehfest verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Außenkörper 7 als Kettenrad 2 ausgebildet. Alternativ hierzu könnte auch einer der beiden Deckel 9 oder 10 als Kettenrad 2 ausgebildet sein. Anstelle des hier angedeuteten und angesprochenen Kettentriebes können selbstverständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie beispielsweise Zahnriemenantriebe oder auch Zahnradantriebe.
Der Außenkörper 7 des Stellmittels 3 weist über seinen Umfang verteilt radial nach innen ragende Gehäuseflügel 11 auf, denen seitens des Innenkörpers 6 als Stellmittel Gegenflügel 12 zugeordnet sind, wobei die Flügel (Gehäuseflügel 11 und Gegenflügel 12) miteinander hier nicht sichtbare Flügelzellen 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 7 in die Verstelleinrichtung eingebracht und über die Flügelzellen auf den Innenkörper 6 übertragen.
Das Steuerventil 4 steuert die Hydraulikmittelzufuhr zur jeweiligen Flügelzelle des Stellmittels 3 und damit die Phasenlage der Nockenwelle 1 gegenüber der Phasenlage der Kurbelwelle bzw. deren Änderung. Das Steuerventil 4 weist einen in einem Ventilgehäuse 13 verschiebbar gelagerten Steuerkolben 14, der in axialer Richtung 15 der Nockenwelle 1 hin und her bewegt werden kann, und ein zur Rückstellung des Steuerkolbens 14 ausgebildetes Federelement 16 auf. Dabei kann der Steuerkolben 14 in axialer Richtung 15 unterschiedliche Positionen einnehmen, wodurch die Flügelzellen des Stellmittels 3 gezielt befüllt oder entleert werden können und somit die Phasenlage der Nockenwelle 1 gegenüber der Kurbelwelle eingestellt werden kann.
Um eine Verstelleinrichtung zu schaffen, deren Funktion bei ausreichender Verstellgeschwindigkeit stets sichergestellt ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sich im Zulauf 5 der Verstelleinrichtung mindestens ein Rückschlagventil 17 mit öldruckabhängigem Strömungswiderstand befindet.
Die Verstelleinrichtung ist mit einer zentralen Befestigungsschraube 18 am Abtriebsmittel d.h. an der Nockenwelle 1 fixiert, wobei in die Befestigungsschraube 18 das Steuerventil 4 integriert ist. Ein Schraubenschaft 19 der Befestigungsschraube 18 bildet zugleich das Ventilgehäuse 13 des Steuerventils 4, wobei im Ventilgehäuse 13 der Steuerkolben 14 verschiebbar gelagert ist.
Das Rückschlagventil 17 ist in der Befestigungsschraube 18 der Verstelleinrichtung mit dem integrierten Steuerventil 4, vorzugsweise im Schraubenschaft 19 angeordnet. Alternativ hierzu kann sich das Rückschlagventil 17 auch nahe der Verstelleinrichtung befinden.
2 zeigt einen Längsschnitt durch das Rückschlagventil 17 in einer vergrößerten Darstellung. Das Rückschlagventil 17 verhindert ein Rückströmen des Hydraulikmittels aus dem Steuerventil 4 und ist vorzugsweise 2-stufig ausgebildet. Das Rückschlagventil 17 besteht aus einer in der Befestigungsschraube 18 bzw. in das Ventilgehäuse 13 des Steuerventils 4 eingepressten Ventilhülse 20, einem axial verschiebbaren Ventiltopf 21, einer aus einem im Ventiltopf 21 angeordneten Sperrelement 22 bestehenden Sperreinrichtung 23, und einer auf die Sperreinrichtung 23 wirkenden Rückstellfeder 24. Das Sperrelement 22 ist vorzugsweise als Kugel ausgebildet. Der Ventiltopf 21 ist im Ventilgehäuse 13 axial oder radial oder in einem beliebigen Winkel zur Drehachse 15 der Verstelleinrichtung verschiebbar gelagert. Der Ventiltopf 21 kann beispielsweise als Gussteil, als Tiefziehteil aus Blech oder als Spritzgussteil aus Kunststoff ausgeführt sein. Ferner kann der Ventiltopf 21 mit einer dämpfenden Beschichtung zumindest an seiner Anschlagfläche 25 ausgeführt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rückstellfeder 24 als Schraubenfeder ausgebildet, sie kann aber auch beispielsweise als Blattfeder o.ä. ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Rückstellfeder 24 im Druck-, Spritzguss- oder Umformverfahren fest mit dem Ventiltopf 21 verbunden.
Die Rückstellfeder 24 des Rückschlagventils 17 beaufschlagt die Sperreinrichtung 23, welche einen hydraulischen Öffnungsquerschnitt 26 des Rückschlagventils 17 zur Verstelleinrichtung hin kontrolliert. Das Rückschlagventil 17 variiert in Abhängigkeit von der Federkraft F der Rückstellfeder 24 seinen hydraulischen Öffnungsquerschnitt 26 und weist somit einen öldruckabhängigen Strömungswiderstand auf.
Im Ventilgehäuse 13 ist eine Umfangsnut 27 vorgesehen, welche den gewünschten hydraulischen Öffnungsquerschnitt 26 in Abhängigkeit der Position des Ventiltopfes 21 gewährleistet. Der Ventiltopf 21 und das Sperrelement 22 weisen eine Spielpassung auf, wodurch das Sperrelement 22 im Ventiltopf 21 verschiebbar angeordnet ist.
Bei kleinen Motordrehzahlen, bzw. Motordrücken strömt Hydraulikmittel durch den Zulauf 5 und die Ventilhülse 20. Das Sperrelement 22 gibt radiale Bohrungen 28 im Ventiltopf 21 frei und das Hydraulikmittel kann über die Umfangsnut 27 und radiale Bohrungen 29 in der Befestigungsschraube 18 in die Verstelleinrichtung strömen. Eine Rückströmung wird durch das Sperrelement 22 verhindert, das sich dann an die Ventilhülse 20 anlegt.
Bei hohen Motordrehzahlen, bzw. Motordrücken verschiebt sich der Ventiltopf 21 in axialer Richtung 15 gegen die Federkraft F der Rückstellfeder 24 und gibt einen direkten Weg von der Ventilhülse 20 in die Umfangsnut 27 frei, d.h. bei hohen Motordrehzahlen, bzw. Motordrücken verhindert die Trägheit des Sperrelementes 22 die Funktion des Rückschlagventils 17. Leckagehydraulikmittel wird über eine separate Leckagebohrung 30 in einen drucklosen Raum 31 geführt.

Claims

Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einem Antriebsmittel (2) und einem nicht drehfest mit dem Antriebsmittel (2) verbundenen Abtriebsmittel (1), mit einem hydraulischen Stellmittel (3) und mit einem Steuerventil (4), welches das Stellmittel (3) über einen Zulauf (5) mit Hydraulikmittel beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Zulauf (5) der Verstelleinrichtung mindestens ein Rückschlagventil (17) mit öldruckabhängigem Strömungswiderstand befindet.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung mittels einer zentralen Befestigungsschraube (18) axial gegen das Abtriebsmittel (1) verspannbar ist, wobei in die Befestigungsschraube (18) das Steuerventil (4) integriert ist und sich das Rückschlagventil (17) in einem Schraubenschaft (19) der Befestigungsschraube (18) befindet.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rückschlagventil (17) in einem Gehäuse (13) des Steuerventils (4) befindet.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rückschlagventil (17) nahe der Verstelleinrichtung befindet.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (17) eine Rückstellfeder (24) aufweist, die eine Sperreinrichtung (23) beaufschlagt, welche einen hydraulischen Öffnungsquerschnitt (26) des Rückschlagventils (17) zur Verstelleinrichtung hin kontrolliert.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (17) in Abhängigkeit von der Federkraft (F) der Rückstellfeder (24) seinen hydraulischen Öffnungsquerschnitt (26) variiert.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (17) eine in ein Ventilgehäuse (13) eingepresste Ventilhülse (20), einen axial verschiebbaren Ventiltopf (21), die aus einem im Ventiltopf (21) angeordneten Sperrelement (22) bestehende Sperreinrichtung (23) und die auf die Sperreinrichtung (23) wirkende Rückstellfeder (24) umfasst.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltopf (21) im Ventilgehäuse (13) axial oder radial oder in einem beliebigen Winkel zur Drehachse (15) der Verstelleinrichtung verschiebbar gelagert ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umfangsnut (27) im Ventilgehäuse (13) vorgesehen ist, welche einen gewünschten Öffnungsquerschnitt (26) in Abhängigkeit der Position des Ventiltopfes (21) gewährleistet.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltopf (21) und das Sperrelement (22) eine Spielpassung aufweisen, wodurch das Sperrelement (22) im Ventiltopf (21) verschiebbar angeordnet ist.