DE102006031517A1

DE102006031517A1 - Schalteinrichtung für eine druckölbetätigte Nockenwellenstellvorrichtung, sowie Montageverfahren zum Einbau derselben in eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006031517A1
Application number: DE102006031517A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Hoppe; Ali Dipl.-Ing. Bayrakdar (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-10

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Schalteinrichtung für eine druckölbetätigte Nockenwellenstellvorrichtung, die als solche über ein Nockenwellenrad in einen Nockenwellenantriebsstrang eingebunden ist und während des Betriebs einer entsprechenden Brennkraftmaschine eine Veränderung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber dem Nockenwellenrad ermöglicht. Die Erfindung richtet sich weiterhin auch auf ein Verfahren zur Montage einer derartigen Schalteinrichtung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen, durch welche es möglich wird, bei einer öldruckbetätigten Nockenwellenstellvorrichtung die erforderliche Ventilfunktion in zuverlässiger Weise mit einer kostengünstig herstellbaren und kompakten Mechanik zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schalteinrichtung, die sich durch eine Justierstruktur auszeichnet zur Abstimmung der Schaltstellungskorrelation des Aktuators mit der Ventileinrichtung. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, auch bei längeren durch die verbauten Einzelkomponenten gebildeten Toleranzketten innerhalb der Schalteinrichtung eine Reduktion des Ankerhubes auf ein im Wesentlichen dem erforderlichen Schieberhub entsprechendes Maß vorzunehmen und den Überdimensionierungsgrad des Aktuators zu reduzieren. Weiterhin wird es möglich, den Anker des Aktuators gegen eine in dem Aktuator vorgesehene Anschlagstruktur zu verfahren und die Axialbelastung des Ventilschiebers zu reduzieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine Schalteinrichtung für eine druckölbetätigte Nockenwellenstellvorrichtung die als solche über ein Nockenwellenrad in einen Nockenwellenantriebsstrang eingebunden ist und während des Betriebs einer entsprechenden Brennkraftmaschine eine Veränderung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber dem Nockenwellenrad ermöglicht. Die Erfindung richtet sich weiterhin auch auf ein Verfahren zur Montage einer derartigen Schalteinrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Eine Schalteinrichtung für eine Nockenwellenstellvorrichtung der vorgenannten Art ist aus EP 1 596 040 A2 sowie DE 10 2004 038 160 A1 bekannt. Diese jeweils bekannte Schalteinrichtung umfasst ein konzentrisch zur Nockenwellenachse angeordnetes Hydraulikventil das als solches einen Ventilschieber und ein diesen Ventilschieber aufnehmendes Ventilgehäuse aufweist. Der Ventil schieber wird über einen Stößel betätigt. Dieser Stößel ist mit einem Ankerelement eines Magnetaktuators gekoppelt und nach Maßgabe einer an eine Spule des Magnetaktuators angelegten Spannung axial verlagerbar. Entsprechend der Verlagerung des Stößels kann der Ventilschieber innerhalb des Ventilgehäuses in verschiedene definierte Axialpositionen verlagert werden und dabei verschiedene Fluiddurchgangswege oder verschieden große Querschnitte freigeben oder absperren. Bei dieser herkömmlichen Schaltvorrichtung ist der Magnetaktuator an eine stationäre Struktur, z.B. einen Kettengehäusedeckel angebunden. Der Stößel des Aktuators sitzt unter Zwischenschaltung eines durch ein Kugelelement gebildeten Axiallagers zentrisch auf einer Stirnfläche des Ventilschiebers auf, so dass eine Relativdrehung des Ventilschiebers gegenüber dem Stößel um deren gemeinsame Längsachse ermöglicht ist.
Der Ventilschieber und das Ventilgehäuse sind im Bereich der Gleitführungs-, und Ventilfunktionsflächen als hochpräzise Strukturen ausgeführt. Der zur Ansteuerung der jeweiligen Nockenwellenstellvorrichtung erforderliche Schalteffekt kann bereits bei relativ kurzen Hubbewegungen des Ventilschiebers gegenüber dem Ventilgehäuse erreicht werden. Die zur zuverlässigen Herbeiführung dieser Hubbewegung vorgesehenen Magnetaktuatoren sind üblicherweise so dimensioniert, dass deren Anker um eine Wegstrecke verlagerbar ist, die deutlich größer ist als der zur Änderung des Schaltzustands der Ventileinrichtung im Grunde erforderliche Schieberhub.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird bei einer öldruckbetätigten Nockenwellenstellvorrichtung die erforderliche Ventilfunktion in zuverlässiger Weise mit einer kostengünstig herstellbaren und kompakten Mechanik zu erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltvorrichtung für einen druckölbetätigten Nockenwellensteller der als solcher über ein Nockenwellenrad in einen Nockenwellenantriebsstrang eingebunden ist und während des Betriebs einer entsprechenden Brennkraftmaschine eine Veränderung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber jenem Nockenwellenrad ermöglicht, mit:

– einer Ventileinrichtung die ein Ventilgehäuseelement, und ein Ventilschieberelement umfasst das in dem Ventilgehäuseelement aufgenommen ist, und
– einem Aktuator zur Veranlassung einer Verlagerung des Ventilschieberelementes in dem Ventilgehäuseelement aus einer ersten Position die einen ersten Schaltzustand bedingt, in eine zweite Position die einen zweiten Schaltzustand bedingt, wobei
– der Aktuator eine Spuleneinrichtung, ein Stößelelement und einen Anker aufweist der nach Maßgabe einer an die Spuleneinrichtung angelegten Spannung aus einer ersten Aktuatorschaltstellung in eine zweite Aktuatorschaltstellung verlagerbar ist, und wobei
– der Anker über jenes Stößelelement mit dem Ventilschieberelement gekoppelt ist,
– wobei sich diese Schaltvorrichtung dadurch auszeichnet, dass eine Justierstruktur vorgesehen ist, zur Abstimmung der Schaltstellungskorrelation des Aktuators mit der Ventileinrichtung.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, auch bei längeren durch die verbauten Einzelkomponenten gebildeten Toleranzketten innerhalb der Schalteinrichtung eine Reduktion des Ankerhubes auf ein im wesentlichen dem erforderlichen Schieberhub entsprechendes Maß vorzunehmen und den Überdimensionierungsgrad des Aktuators zu reduzieren. Weiterhin wird es möglich den Anker des Aktuators gegen eine in dem Aktuator vorgesehene Anschlagstruktur zu verfahren und die Axialbelastung des Ventilschiebers zu reduzieren. Bei aktuatorseitiger Festlegung der Endstellung des Stößelelementes wird es möglich, bei ausgerücktem Stößelelement den entsprechenden Ventilschaltzu stand unter einer Stößelkraft aufrecht zu erhalten die lediglich der durch eine Rückstellfeder aufgebrachten Ventilschieber-Rückstellkraft entspricht.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Justierstruktur derart ausgebildet, dass über diese die Position der Spuleneinrichtung gegenüber dem Ventilgehäuse einstellbar veränderbar ist. Dieses Justierkonzept kann insbesondere realisiert werden, indem das gesamte Aktuatorgehäuse auf eine hinsichtlich der Position einer Anschlagfläche einstellbare Anschlagstruktur aufgeschraubt wird. Diese Anschlagstruktur kann insbesondere als Einpressbuchse oder Stellschraube ausgeführt sein. Die Stellschraube kann insbesondere als Schraubenbuchse ausgebildet sein, in welche die zur Fixierung des Gehäuses der Ankereinrichtung vorgesehenen Befestigungsschrauben einschraubbar sind.
Es ist auch möglich, die Justierstruktur über den Aktuator so auszubilden, dass die Position der Spuleneinrichtung innerhalb einer Halterung veränderbar ist. Die Fixierung der Spuleneinrichtung innerhalb jener Halterung kann insbesondere in reibschlüssiger Weise erfolgen, sodass die Spuleneinrichtung innerhalb jener Halterung erst durch entsprechend hohe Justierkräfte veränderbar ist. Diese Justierkräfte liegen vorzugsweise erheblich über den ansonsten durch den Aktuator generierten Stellkräften.
Alternativ zu der vorgenannten Maßnahme, oder auch in Kombination hiermit ist es möglich, die Justierstruktur derart auszubilden, dass die Position des Stößelelementes gegenüber dem Anker einstellbar ist. Hierdurch wird es möglich, die Endstellung des Stößelelementes durch die Festlegung des Stößelelementes in dem Anker festzulegen.
Es ist auch möglich, die Justierstruktur dadurch zu schaffen, dass die Position eines in das Ventilschieberelement eingebundenen und zur Bildung einer Stößelaufstandsfläche vorgesehenen Stützelementes gegenüber dem Ventilschieberelement einstellbar ist. Dieses Stützelement kann insbesondere als Kernzapfen ausgeführt sein, der entsprechend in das Ventilschieberelement einge setzt, insbesondere eingepresst ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Stützelement als Kappenstruktur auszuführen, die auf einen Endabschnitt des Ventilschieberelementes aufgesetzt ist. Als Justiermechanik dient hierbei der Koppelungsbereich zwischen dem Stützelement und dem Ventilschieberelement. Es ist auch möglich, das Stützelement und/oder das Stößelelement so auszubilden, dass dieses im Rahmen des Justiervorganges plastisch deformiert, insbesondere gestaucht werden kann.
Auch die Stößelstange selbst kann zur Realisierung der erfindungsgemäßen Justierstruktur herangezogen werden indem diese beispielsweise mit einer Kopfstruktur versehen ist die derart ausgebildet ist, dass eine durch die Kopfstruktur gebildete, mit dem Ventilschieberelement zusammenwirkende Anschlagfläche gegenüber dem eigentlichen Korpus der Stößelstange justierbar ist.
Es ist möglich, die erfindungsgemäß vorgesehene Justierstruktur bereits im Rahmen der Komponentenfertigung zum weitgehenden Toleranzausgleich heranzuziehen. Insbesondere beim Einbau der Ventileinrichtung ist es möglich, vor Anbau des Aktuators das Stützelement derart an dem Ventilschieberelement zu positionieren, dass eine durch das Stützelement bereitgestellte Aufstandsfläche sich bei einer bestimmten Ventilschieberstellung auf einem festgelegten Axialniveau befindet. Dieses Axialniveau wird vorzugsweise gegenüber einer Struktur festgelegt die für die Endposition des Aktuators maßgeblich ist. Auch der Aktuator kann über Justierstrukturen vorkalibriert sein.
Die Justierstruktur kann so voreingestellt sein, dass diese im Rahmen der Montage des Aktuators durch die zur Befestigung des Aktuators vorgesehenen Montagekräfte selbsttätig justiert wird.
Die Justierstruktur ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Justierzustand durch kraftschlüssige Koppelung der zueinander positionierten Strukturen beibehalten wird. Hierdurch wird eine stufenlose Feinjustierung möglich. Alternativ hierzu, oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es möglich, den Jus tierzustand durch plastische Verformung und ggf. auch Formschluss der zueinander positionierten Strukturen beizubehalten.
Der Justierzustand kann auch unter elastischer und/oder plastischer Deformation einer den Aktuator und das Ventilgehäuse koppelnden Halterung herbeigeführt werden. Hierzu ist es beispielsweise möglich, im Bereich des Aktuators eine Sitzfläche vorzusehen, die auf einer endbearbeiteten Fläche des Ventilgehäuses aufsitzt und dadurch eine korrekte Positionierung der Spuleneinrichtung gegenüber dem Ventilgehäuse gewährleistet.
Hinsichtlich der Montage der Komponenten einer Schaltvorrichtung wird die eingangs angegebene Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 16 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 17 bis 22.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1a eine Axialschnittansicht einer erfindungsgemäß justierbaren, an einen Endabschnitt einer Nockenwelle angesetzten Schalteinrichtung zur Steuerung des Druckölzu-/abflusses zu bzw. von einer Stelltriebmechanik eines Nockenwellenstellers,
1b eine perspektivische Detail-Darstellung eines bei der Schalteinrichtung gemäß 1a vorgesehenen Stützelementes,
1c eine perspektivische Darstellung eines, einem Aktuator zugewandten Endabschnittes des Ventilschieberelementes der Schalteinrichtung gemäß 1a einschließlich des in diesen eingesetzten Stützelementes gemäß 1b,
2 eine Axialschnittansicht einer Schalteinrichtung für eine Nockenwellenstellvorrichtung, bei welcher die Justierstruktur über die Befestigungsstruktur zur Koppelung eines Ankers und eines Stößelelementes realisiert ist,
3a eine weitere Axialschnittansicht zur Erläuterung eines weiteren Ansatzes zur Feinjustierung der Schalteinrichtung,
3 eine Detail-Darstellung zur weiteren Erläuterung der Schalteinrichtung gemäß 3a,
4 eine Axialschnittansicht zur Erläuterung einer Variante der Schalteinrichtung, bei welcher der gesamte Aktuator gegenüber dem Ventilgehäuse einstellbar positionierbar angeordnet ist,
5 eine Axialschnittansicht zur Erläuterung einer Variante der erfindungsgemäßen Justierstruktur, bei welcher ein Spulengehäuse des Aktuators innerhalb einer zugeordneten Halterung justierbar positionierbar ist,
5b eine Axialschnittansicht zur Veranschaulichung eines optimalen Einstellzustandes der Schalteinrichtung gemäß 5a,
6a eine Axialschnittansicht zur Erläuterung einer Variante einer Schalteinrichtung, bei welcher die Feinjustierung im Bereich des Ventilschiebers erfolgt,
6b eine Detail-Darstellung zur weiteren Veranschaulichung des Konzeptes gemäß 6a,
6c eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung der Einbindung eines als Kernzapfen ausgeführten Stützelementes in ein Ventilschieberelement,
6d eine Seitenansicht des Stützelementes gemäß 6c,
6e eine Detail-Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren Variante eines in das Ventilschieberelement eingesetzten Stützelementes,
6f eine perspektivische Detail-Darstellung des Stützelementes gemäß 6e,
6g eine perspektivische Detail-Darstellung eines Endabschnittes eines Ventilschieberelementes zur Veranschaulichung von hierin ausgebildeten Axialnuten,
6h eine perspektivische Darstellung des Ventilschieberelementes gemäß 6g mit hierin eingesetztem Stützelement,
7 eine Axialschnittansicht durch eine weitere Variante einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schalteinrichtung, hier mit einem als Einpress-Kugel ausgeführten Stützelement,
8a eine Axialschnittansicht einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, hier mit einem als Kappenstruktur ausgeführten Stützelement,
8b eine Detail-Darstellung einer Zentralventilvorrichtung ähnlich 8a mit einem um Radialkanäle erweiterten Kappenelement,
8c eine perspektivische Detail-Darstellung des Kappenelementes nach 8b;
9a eine perspektivische Skizze eines als Blech-Biegeformteil ausgeführten Ventilschieberelementes mit integralem Stützelement;
9c eine perspektivische Schema-Darstellung des Anker/Stößel-Komponentenpaares mit einer Federbuchse zur Fixierung des Stößelelementes in dem Anker.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Axialschnittansicht einer Stellvorrichtung für einen Drucköl betätigten, Nockenwellenversteller 30. Dieser Nockenwellenversteller kann in seinem Aufbau insbesondere dem Nockenwellenversteller gemäß der Eingangs genannten EP 1 596 040 A2 entsprechen. Durch diesen Nockenwellenversteller kann während des Betriebs einer Brennkraftmaschine eine Veränderung der Phasenlage einer Nockenwelle N gegenüber einem Nockenwellenrad 31 erreicht werden. Hinsichtlich der Funktionsweise öldruckbetätigter Nockenwellensteller 30, insbesondere auch hinsichtlich der Funktionsweise der zur Steuerung der Ölbeaufschlagung vorgesehenen Ventileinrichtungen wird auf diese Druckschrift verwiesen.
Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung umfasst eine Ventileinrichtung V, die ein Ventilgehäuseelement 1 und ein Ventilschieberelement 2 umfasst, das in dem Ventilgehäuseelement 1 verschiebbar aufgenommen ist.
Die Stellvorrichtung umfasst weiterhin einen Aktuator 3, der als solcher der Veranlassung einer Axial-Verlagerung des Ventilschieberelementes 2 gegenüber dem Ventilgehäuseelement 1 dient. Der Aktuator 3 umfasst eine Spuleneinrichtung 4, ein Stößelelement 5 und einen Anker 6. Der Anker ist nach Maßgabe einer an die Spuleneinrichtung 4 angelegten Spannung aus einer ersten Aktuatorschaltstellung in die hier dargestellte zweite Aktuatorschaltstellung verlagerbar.
Der Anker 6 ist über das genannte Stößelelement 5 mit dem Ventilschieberelement 2 kinematisch gekoppelt. Diese kinematische Koppelung des Stößelelementes 5 mit dem Ventilschieberelement 2 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel über eine in einen stirnseitigen Endabschnitt des Stößelelementes 5 eingebundene Kugel 7, die auf einem Stützelement 8 aufsitzt. Die hier gezeigte Stellvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Justierstruktur A1 vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass diese eine Abstimmung der Korrelation der Schaltstellungen des Aktuators 3 mit den Schaltstellungen des Ventilschieberelementes 2 innerhalb des Ventilgehäuseelementes 1 ermöglicht.
Die Justierstruktur A1 ist insbesondere derart ausgebildet, dass diese eine Abstimmung der zur Herbeiführung des ersten oder des zweiten Schaltzustandes erforderlichen Positionen des Ventilschieberelementes 2 innerhalb des Ventilgehäuseelementes 1 auf die zur Einnahme der ersten Aktuatorstellung bzw. der zweiten Aktuatorschaltstellung vorgesehenen Positionen des Ankers 6 innerhalb der Spuleneinrichtung 4 ermöglicht.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Justierstruktur derart eingestellt, dass bei Erreichen einer aktuatorseitig festgelegten Endstellung des Stößels 5 sich auch das Ventilschieberelement 2 in einer Endstellung befindet, in welcher ein definierter Ventilschaltzustand vorliegt. Die Justierstruktur A1 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch das Stützelement 8 im Zusammenspiel mit dem Ventilschieberelement 2 gebildet.
Das Stützelement 8 ist in das Ventilschieberelement 2 eingepresst und kraftschlüssig darin fixiert. Das Stützelement 8 wird im Rahmen des Justierrvorgangs derart weit in das Ventilschieberelement 2 eingepresst, dass bei Erreichen der hier gezeigten Verlagerung des Ventilschieberelementes 2 in eine axiale (in der Zeichnung rechte) Endstellung auch der Anker 6 innerhalb der Spuleneinrichtung 4 eine axiale (ebenfalls in der Zeichnung rechte) Endstellung erreicht.
In 1b ist in Form einer perspektivischen Detail-Darstellung eine Variante des Stützelementes 8 dargestellt, wie es bei der Stellvorrichtung gemäß 1a Anwendung finden kann. Das Stützelement 8 ist im Bereich seiner Außenfläche mit Axialnuten 9 versehen, über welche ein Öldruckausgleich erreichbar ist. Über diese Axialnuten wird es zudem möglich, die Einpress- und Haltecharakteristik des Stützelementes 8 innerhalb des Ventilschieberelementes 2 abzustimmen. Das Stützelement 8 weist im Bereich seiner zwischen den Axialnuten 9 verlaufenden Außenumfangsabschnitten 10 einen Außendurchmesser auf, der einen ausreichenden Presssitz in dem Axialschieberelement 2 verursacht, ohne dieses unzulässig stark radial zu weiten.
1c zeigt das bei der Stellvorrichtung gemäß 1a verwendete Ventilschieberelement 2 in einem Zustand, in welchem das Stützelement 8 bereits in den Innenbohrungsbereich des Ventilschieberelementes 2 eingepresst ist. Es ist möglich, das Stützelement 8 zunächst lediglich so weit in das Ventilschieberelement 2 einzupressen, dass die Endjustierung der Stellvorrichtung lediglich durch gegebenenfalls erforderliches weiteres Einpressen des Stützelementes 8 erreicht werden kann.
In 2 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung dargestellt, bei welcher die erfindungsgemäß vorgesehene Justierstruktur A2 durch den Anker 6 und das Stößelelement 5 gebildet sind. Zur Erreichung optimaler Schaltstellungskorrelationen des Aktuators 3 mit der Ventileinrichtung V wird die Position des Stößelelementes 5 innerhalb des Ankers 6 derart abgestimmt, dass sich bei Erreichen der hier dargestellten linken Endstellung des Ankers 6 in der Spuleneinrichtung 4 auch das Ventilschieberelement 2 in der hier gezeigten korrekten linken Endstellung in dem Ventilgehäuseelement 1 befindet.
Die hier in 2 gezeigte Variante der Justierstruktur A2 kann auch in Kombination mit der vorangehend in Verbindung mit den 1 bis 1c beschriebenen Variante der Justierstruktur (A1) realisiert werden.
In den 3a und 3b ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung gezeigt, die insbesondere in Verbindung mit den Justierstrukturen A1, A2 nach den 1 und 2 Vorteile bei der Gesamtsystemmontage bietet. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist ein Gehäuse 11 der Spuleneinrichtung 4 im Bereich einer, einer Stirnseite des Ankers 6 benachbarten Wandung mit einer Gewindebohrung 12 versehen. In diese Gewindebohrung 12 kann eine Hilfsschraube 13 eingeschraubt werden. Durch diese Hilfsschraube 13 wird der Anker 6 in die hier gezeigte (rechte), axiale Endstellung gedrängt. Sobald das Ventilschieberelement 2 innerhalb des Ventilgehäuseelementes 1 die hier gezeigte (rechte) Endstellung erreicht, erfolgt während des Eindringens der Hilfsschraube 13 eine Justierung der Stellvorrichtung indem das Stößelelement 5 sich in dem Anker 6 verschiebt und/oder das Stützelement 8 entsprechend weit in das Ventilschieberelement 2 eingepresst wird. Bei Erreichen des hier dargestellten, korrekten Schaltstellungskorrelationszustandes des Aktuators 3 mit der Ventileinrichtung V kann die Hilfsschraube 13 wieder zurück und aus dem Gehäuse 11 herausgeschraubt werden. Die Gewindebohrung 12 kann nunmehr, wie in 3b dargestellt, mit einer Abdeckschraube 13a verschlossen werden.
Die Justierung kann alternativ zur Verwendung der hier gezeigten Hilfsschraube 13 auch durch einen anstelle der Hilfsschraube 13 verwendeten Durchschlagbolzen erfolgen, über welchen der Anker 6 hinreichend stark in die hier gezeigte, rechte Endstellung gedrängt werden kann. Die Bohrung kann dann mit einem Stopfenelement verschlossen werden.
4 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung, bei welcher die geforderte Schaltstellungskorrelation des Aktuators 3 mit der Ventileinrichtung V über eine als Einpressbuchse ausgeführte Variante der Justierstruktur A3 bewerkstelligt wird. Bei dieser Variante ist das Gehäuse 11 mit einem Flanschabschnitt 14 versehen, über welchen das Gehäuse 11 an einer stationären Komponente der Brennkraftmaschine, z.B. einem Kettengehäusedeckelabschnitt 15 fixiert ist. Die Fixierung erfolgt durch Befestigungsschrauben 16, die bei der hier gezeigten Variante jeweils in Einpressbuchsen 17 sitzen. Diese Einpressbuchsen 17 sind in den Kettengehäuseabschnitt 15 eingesetzt, insbesondere eingepresst. Durch dieses Konzept wird es ebenfalls möglich, überschüssiges Spiel zwischen dem Aktuator 3 und der Ventileinrichtung V zu eliminieren. In der hier gezeigten Darstellung besteht noch keine korrekte Schaltstellungskorrelation des Aktuators 3 mit der Ventileinrichtung V. Wie erkennbar, befindet sich das Ventilschieberelement 2 in der linken Axialendstellung, wogegen sich der Anker 6 noch in einer Mittenstellung befindet. Über die hier gezeigte Justierstruktur A3 kann der Aktuator 3 stufenlos derart weit in die zur Aufnahme desselben vorgesehene Ausnehmung 18 eingesetzt werden, bis sich auch der Anker 6 innerhalb der Spuleneinrichtung 4 in der linken Endstellung befindet.
In 5 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung dargestellt, bei welcher ein Flanschabschnitt 14 als von dem Gehäuse 11 separates Bauteil ausgeführt ist. Der Flanschabschnitt 14 sitzt bei diesem Ausführungsbeispiel auf einer Ringbuchse 19. In der Ringbuchse 19 wiederum ist das Gehäuse 11 des Aktuators 3 kraftschlüssig aufgenommen. In der hier gezeigten Darstellung befinden sich der Anker 6 und das Ventilschieberelement 2 zwar jeweils in einer korrekten linken Endstellung, jedoch sitzt die Kugel 7 des Stößelelementes 5 noch nicht auf dem Stützelement 8 auf. Zur Beseitigung des insoweit verbliebenen Spieles wird das Gehäuse 11 so weit in die Ringbuchse 19 eingepresst bis die Kugel 7 das Stützelement 8 kontaktiert. Es ist möglich, während dieses Montagevorganges den Ventilschieber 2 in dem Ventilgehäuseelement 1, beispielsweise durch einen in die Ventilgehäusebohrungen eingesteckten Splint, zu fixieren, um ein Eintauchen bzw. axiales Verschieben des Ventilschieberelementes 2 während dieses Justiervorganges zu vermeiden. Für den Fall, dass im Rahmen der Montage über die hier gezeigte Variante der Justierstruktur A4 das Gehäuse 11 zu weit in die Ringbuchse eingepresst wird, ist es möglich, ein Eintauchen des Stößelelementes 5 in den Anker sowie gegebenenfalls auch ein Eintauchen des Stützelementes 8 in die Innenbohrung des Ventilschieberelementes 2 bei entsprechend hohen, und über den dimensionierungsrelevanten Betriebskräften liegenden Montagekräften zu gestatten.
In 6a ist eine Variante der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung dargestellt, die in ihrem Aufbau im wesentlichen der vorangehend in Verbindung mit den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen entspricht. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Stützelement 8 als einseitig geschlossene Zylinderbuchse ausgeführt, die als solche in eine Innenbohrung des Ventilschieberelementes 2 eingepresst ist. Durch die hier gezeigte Ausgestaltung des Stützelementes 8 wird es möglich, den geforderten Presssitz ohne unzulässig starke, axiale Weitung des Ventilschieberelementes 2 zu erreichen und tendenziell das Stützelement 8 radial zu stauchen.
In 6b ist in Form einer Detail-Darstellung nochmals der Umgebungsbereich des Stützelementes 8 dargestellt. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, befindet sich der äußere Umfangssteg 21 des Ventilschieberelementes 2 auf einer Axialhöhe, auf welcher sich auch der Innenbohrungsbereich 22 des Stützelementes 8 befindet. Auf Höhe der Stirnwand 23 des Stützelementes 8 ist der Außenbereich des Ventilschieberelementes 2 abgedreht.
In 6c ist in Form einer weiteren Detail-Darstellung eine weitere Ausgestaltung des Stützelementes 8 dargestellt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist das Stützelement 8 im Bereich seines Außenumfangs mit Ringnuten 24 versehen. Durch diese Ringnuten 24 wird eine besonders wirkungsvolle Fixierung des Stützelementes 8 in dem Ventilschieberelement 2 erreicht, ohne dieses unzulässig stark radial zu weiten.
In 6d ist die Gestaltung des Außenumfangs des Stützelementes 8 gemäß 6 noch weiter veranschaulicht. Die Ringnuten 24 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Außenfläche der zwischen den Ringnuten 24 verbleibenden Umfangsstege 25 einen Außenflächenanteil von ca. 50% bilden.
In 6e ist eine weitere Variante des Stützelementes 8 dargestellt, bei welcher zusätzlich zu den Ringnuten 24 auch Axialnuten 27 in dem Stützelement 8 ausgebildet sind. Hierdurch wird es möglich, die radialen Druckkräfte die als solche durch das Stützelement 8 auf die Innenwandung des Ventilschieberelementes 2 ausgeübt werden, weiter zu reduzieren. Die Tiefe der Axialnuten 27 ist derart festgelegt, dass sich diese noch im gesamten, von dem als Schieberfläche fungierenden Außenringbereich 21 des Ventilschieberelementes 2 umsäumten Bereich erstrecken.
In 6f ist in Form einer perspektivischen Detail-Darstellung das Stützelement 8 gemäß 6e nochmals dargestellt. Es ist möglich, die hier dargestellten Ringnuten 24 als Gewindenuten auszuführen und auch im entsprechenden Innenbereich des Ventilschieberelementes ein Innengewinde vorzusehen, sodass das Stützelement definiert in das Ventilschieberelement 2 einschraubbar ist. Dieses Gewinde kann als selbsthemmendes Gewinde ausgeführt sein.
In 6g ist eine Variante des Ventilschieberelementes 2 dargestellt, bei welcher im Bereich der zur Aufnahme des hier nicht dargestellten Stützelementes 8 vorgesehenen Innenzone Axialnuten 27 vorgesehen sind, über welche ein Druckausgleich erreicht werden kann.
In 6h ist das Ventilschieberelement 2 gemäß 6 nunmehr mit eingefügtem Stützelement 8 dargestellt. Das Stützelement 8 kann so eingefügt sein, dass dieses zunächst eine Axialposition einnimmt, in welcher selbst bei ungünstigen Toleranzen die Kugel 7 der Stößelstange 5 (vgl. 2) sicher auf dem Stützelement 8 aufsitzt. Die hierbei gegebenenfalls bestehende Fehlkorrelation der Schaltstellungen des Ankers 6 mit der Schaltstellung des Ventilschieberelementes 2 kann durch nachträgliches Einstauchen des Stützelementes 8 in das Ventilschieberelement 2 oder auch unter Rücksichtnahme auf die vorangehend beschriebenen anderweitigen Justiermechanismen kompensiert werden.
In 7 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung dargestellt, bei welcher das Stützelement 8 als Kugelkörper ausgeführt ist. Die ser Kugelkörper ist in den Innenbereich des Ventilschieberelementes 2 derart eingepresst, dass sich im hier gezeigten endmontierten Zustand eine korrekte Schaltungskorrelation des Aktuators 3 mit der Ventileinrichtung V ergibt. Bei der hier gezeigten Variante bildet das Stützelement 8 gemeinsam mit dem Ventilschieberelement 2 den zur Spielbeseitigung vorgesehenen Justiermechanismus A6.
In 8a ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung dargestellt, bei welcher das Stützelement 8 als Kappenelement ausgeführt ist, das auf einen entsprechenden axialen Endabschnitt des Ventilschieberelementes 2 aufgesetzt ist. Das Stützelement 8 ist derart ausgeführt, dass der Endabschnitt des Ventilschieberelementes 2 derart weit in dieses eintauchen kann, dass eine Position der durch das Stützelement 8 bereitgestellten Kugelaufstandsfläche erreicht wird, in welcher sich, wie hier dargestellt, das Ventilschieberelement 2 in der rechten axialen Endstellung befindet und auch der Anker 6 innerhalb des Gehäuses 11 bzw. der Spule 4 die für diesen Ventilzustand vorgesehene axiale (rechte) Endstellung erreicht.
Wie aus 8b ersichtlich, ist es möglich, auch bei der Ausführung des Stützelementes 8 als Kappenelement einen Druckausgleichsfluidweg zu schaffen. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird dieser Ausgangsweg durch Querbohrungen 28 erreicht, die sich zumindest teilweise noch im Stoßboden des Stützelementes 8 erstrecken und damit ein Überströmen der axialen Stirnseite des Schieberelementes 2 ermöglichen.
In 8c ist in Form einer perspektivischen Detail-Darstellung das Stützelement 8 dargestellt, wie es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8b vorgesehen ist. Wie aus dieser Darstellung erkennbar, ist das Stützelement 8 im Bereich seiner dem Stoßboden abgewandten (hier rechten) Buchsenzone mit Längsschlitzen 29 versehen, durch welche dem Stützelement 8 im Bereich seines Außenumfangs eine gewisse radiale Nachgiebigkeit verliehen wird. Die Längsschlitze 29 sind derart ausgebildet, dass diese in die hier erkennbaren Querbohrungen 28 auslaufen.
In 9a ist eine Variante eines Ventilschieberelementes 2 dargestellt bei welcher der Hauptkorpus 37 aus einem Blechmaterial gefertigt ist. Auf diesem Hauptkorpus sind Ventilringe 35, 36 fixiert, insbesondere verrastet. Das zur Aufnahme der Ausrückkraft vorgesehene Stützelement 8' ist bei dieser Variante integral mit dem Hauptkorpus 37 ausgeführt und umfasst hierbei mehrere Stege 33. Die Stege 33 sind mit Kröpfstellen versehen die eine definierte Stauchung des Stützelementes 8' ermöglichen. Die hier gezeigte Variante kann beispielsweise im Bereich der Stege um eine Stecke d1 gestaucht werden die etwa 2,5 mm beträgt.
In 9b ist eine Variante des Ankers 6 einschließlich eingesetztem Stößelelement 5 dargestellt, wobei das Stößelelement 5 in dem Anker 6 über eine Federbuchse 34 axial fixiert ist. Die Federbuchse kann in einer Umfangsnut des Stößelelementes 5 sitzen und nach außen klemmen, oder auch im Anker verkrallt sein und das Stößelelement 5 klemmen. Bei der hier gezeigten Variante ist es möglich, die erfindungsgemäße Stellvorrichtung in den entsprechenden Motorbereich, insbesondere Zylinderkopf-Stirnabschnitt einzubauen. Zur vollständigen Eliminierung von Totspiel zwischen dem Stößelelement 5 und dem Stützelement 8 wird der Anker 6 in dem Spulengehäuse in seine axiale Endposition Ankergehäuse gedrängt, und anschließend das Stößelelement 5 durch den Anker hindurchgepresst, bis dessen Kopf auf dem Stützelement 8 aufsitzt und das Ventilschieberelement 2 ebenfalls seine maximal ausgerückte Stellung erreicht. Es ist möglich, in dem Spulengehäuse eine Öffnung vorzusehen über welche ein dem Ventilschieberelement 2 abgewandter Endabschnitt des Stößelelementes von außen zugänglich ist.

1: Ventilgehäuseelement
2: Ventilschieberelement
3: Aktuator
4: Spuleneinrichtung
5: Stößelelement
6: Anker
7: Kugel
8: Stützelement
9: Axialnuten
10: Außenumfangsabschnitte
11: Gehäuse
12: Gewindebohrung
13: Hilfsschraube
13a: Abdeckschraube
14: Flanschabschnitt
15: Kettengehäusedeckelabschnitt
16: Befestigungsschrauben
17: Einpressbuchsen
18: Ausnehmung
19: Ringbuchse
20: Außenringbereich
21: Umfangssteg
22: Innenbohrungsbereich
23: Stirnwand
24: Ringnuten
25: Umfangsstege
27: Axialnuten
28: Querbohrungen
29: Längsschlitze
30: Nockenwellenversteller
31: Nockenwellenrad
33: Stege
34: Federbuchse
35: Ventilring
36: Ventilring
37: Hauptkorpus
A1: Justierstruktur
A2: Justierstruktur
A3: Justierstruktur
A5: Justierstruktur
A6: Justierstruktur
A7: Justierstruktur
N: Nockenwelle
V: Ventileinrichtung

Claims

Schaltvorrichtung für einen druckölbetätigten Nockenwellensteller (30) der als solcher über ein Nockenwellenrad (31) in einen Nockenwellenantriebsstrang eingebunden ist und während des Betriebs einer entsprechenden Brennkraftmaschine eine Veränderung der Phasenlage einer Nockenwelle (N) gegenüber jenem Nockenwellenrad (31) ermöglicht, mit: – einer Ventileinrichtung (V) die ein Ventilgehäuseelement (1), und ein Ventilschieberelement (2) umfasst das in dem Ventilgehäuseelement (1) aufgenommen ist, und – einem Aktuator (3) zur Veranlassung einer Verlagerung des Ventilschieberelementes (2) in dem Ventilgehäuseelement aus einer ersten Position die einen ersten Schaltzustand bedingt, in eine zweite Position die einen zweiten Schaltzustand bedingt, wobei – der Aktuator (3) eine Spuleneinrichtung (4), ein Stößelelement (5) und einen Anker (6) aufweist der nach Maßgabe einer an die Spuleneinrichtung (4) angelegten Spannung aus einer ersten Aktuatorschaltstellung in eine zweite Aktuatorschaltstellung verlagerbar ist, und wobei – der Anker (6) über jenes Stößelelement (5) mit dem Ventilschieberelement (2) gekoppelt ist, – dadurch gekennzeichnet, dass eine Justierstruktur (A1, A2, A3, A5, A6, A7) vorgesehen ist, zur Abstimmung der Schaltstellungskorrelation des Aktuators (3) mit der Ventileinrichtung (V).
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierstruktur (A1, A2, A3, A5, A6, A7) derart ausgebildet ist, dass diese eine Abstimmung der zur Herbeiführung des ersten oder des zweiten Schaltzustandes erforderlichen Positionen des Ventilschieberelements (2) innerhalb des Ventilgehäuseelementes (1) auf die zur Einnahme der ersten Aktuatorschaltstellung oder der zweiten Aktuatorschaltstellung vorgesehenen Positionen des Ankers (6) innerhalb der Spuleneinrichtung (4) ermöglicht.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierstruktur derart ausgebildet ist, dass durch diese ein Justierzustand erreichbar ist in welchem bei voll ausgerücktem Stößelelement (5) – der Anker sich in einer aktuatorseitig festgelegten Endstellung und – das Ventilschieberelement sich in einer hinsichtlich des bei voll ausgerücktem Stößelelement (5) geforderten Ventilzustandes korrekten Schaltposition befinden.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierstruktur derart ausgebildet ist, dass die Position der Spuleneinrichtung (4) gegenüber dem Ventilgehäuseelement (1) einstellbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierstruktur derart ausgebildet ist, dass die Position des Stößelelementes (5) gegenüber dem Anker (6) einstellbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierstruktur derart ausgebildet ist, dass die Position eines in das Ventilschieberelement (2) eingebundenen und zur Bildung einer Stößelaufstandsfläche vorgesehenen Stützelementes (8) gegenüber dem Ventilschieberelement (2) einstellbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) als Kernzapfen ausgeführt ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8) als Kappenstruktur ausgeführt ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stößelelement (5) eine Kopfstruktur aufweist die hinsichtlich ihrer Axialposition gegenüber einem Anbindungsbereich des Stößelelementes an den Anker (6) justierbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierstruktur derart auf Übermaß voreingestellt ist, dass diese im Rahmen des Zusammenbaus durch die Montagekräfte justiert wird.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Justierzustand durch reib-, oder kraftschlüssige Koppelung der zueinander positionierten Strukturen beibehalten wird.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Justierzustand durch Formschluss der zueinander positionierten Strukturen beibehalten wird.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Justierzustand unter plastischer Deformation einer den Aktuator (3) tragenden Halterung herbeigeführt wird.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (3) unter Rückgriffnahme auf die Justierstruktur (A2, A5) vorjustiert ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (V) unter Rückgriffnahme auf die Justierstruktur (A1) vorjustiert ist.
Montageverfahren zur Einbindung einer Schaltvorrichtung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 in eine Brennkraftmaschine bei welchem die Ventileinrichtung (V) in einen Einsatzabschnitt einer Nockenwelle (N) eingesetzt wird, und der zur Betätigung des Stößelelementes (2) vorgesehene Aktuator (3) an einer Stationärstruktur (15) fixiert wird, wobei im Rahmen des Montageablaufes eine Axiallängenjustierung wenigstens eines Komponentenpaares des Aktuators und/oder der Ventileinrichtung erfolgt, zur Erreichung korrekter Schaltstellungskorrelationen des Aktuators (3) mit der Ventileinrichtung (V).
Montageverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierung derart vorgenommen wird, dass die zur Herbeiführung des ersten oder des zweiten Ventilschaltzustandes erforderlichen Positionen des Ventilschieberelements (2) innerhalb des Ventilgehäuseelementes (1) auf die zur Einnahme der ersten Aktuatorschaltstellung oder der zweiten Aktuatorschaltstellung vorgesehenen Positionen des Ankers (6) innerhalb der Spuleneinrichtung (4) abgestimmt sind.
Montageverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Ansetzen des Aktuators (3) an die Stationärstruktur eine Justierung der Position des Stützelementes (2) an dem Ventilschieberelement (2) in Bezug auf eine die axiale Montageposition des Aktuators (3) bestimmende Struktur erfolgt.
Montageverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet dass während eines Ansetzens des Aktuators (3) eine Justierung durch Einstauchung des Stößelelementes (5) und/oder des Stützelementes (8) in den Anker (6) bzw. das Ventilschieberelement (2) erfolgt.
Montageverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet dass nach dem Ansetzen des Aktuators (3) eine Justierung durch Einstauchung des Stößelelementes (5) und/oder des Stützelementes (8) in den Anker (6) bzw. das Ventilschieberelement (2) erfolgt.
Montageverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet dass nach dem Ansetzen des Aktuators (3) eine Justierung durch definiertes Vortreiben des Stößelelementes (5) durch den Anker (6) erfolgt.
Montageverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet dass die Justierung in Verbindung mit temporär angesetzten Unterlegelementen erfolgt, zur Schaffung definierter Restspielverhältnisse.