DE102007004197A1

DE102007004197A1 - System zur Verstellung des Stellwinkels eines Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE102007004197A1
Application number: DE200710004197
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schmaler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-01-27
Filing date: 2007-01-27
Publication date: 2008-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Verstellung einer relativen Winkellage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß erfolgt eine Verriegelung des Nockenwellenverstellers über eine hydraulische Sperreinrichtung (12), die als Schieberventil mit einem Steuerschieber (27) ausgebildet ist. Der Druck einer Hydraulikversorgung wird einem Druckraum (21) zugeführt und wirkt auf eine Steuerfläche (49) des Steuerschiebers (27). Für einen Druckeinbruch der Hydraulikversorgung bewegt ein Federelement (38) den Steuerschieber (27) in eine Sperrstellung (obere Halbebene), in der Steuerbereiche (30, 32) Bohrungen (25, 26), die Druckkammern des Nockenwellenverstellers zugeordnet sind, verschließen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System zur Verstellung einer relativen Winkellage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller und einem hydraulischen Kreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
DE 103 46 448 A1 offenbart ein System zur Verstellung einer relativen Winkellage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise, bei dem eine Veränderung eines Stellwinkels des Nockenwellenverstellers durch eine veränderte Beaufschlagung von Druckräumen beidseits von Flügeln des Nockenwellenverstellers erfolgt. Die Druckbeaufschlagung wird geregelt entsprechend der Stellung eines Steuerschiebers, der verschieblich in einem Einsatz in einer stirnseitigen Ausnehmung einer Nockenwelle geführt ist. Der Steuerschieber ist in einem Endbereich über eine Druckfeder abgestützt, während auf den gegenüberliegenden Endbereich eine elektromagnetische Stell einrichtung wirkt. Stromaufwärts des Steuerschiebers ist, ebenfalls in der Ausnehmung der Nockenwelle, ein Rückschlagventil angeordnet, welches ein Rückströmen des Hydraulikmediums für einen Druckeinbruch der Hydraulikversorgung verhindert. Die Zufuhr des Hydraulikmediums zu dem Rückschlagventil von einer Hydraulikversorgung erfolgt über eine radiale Bohrung der Nockenwelle, die in die stirnseitige Ausnehmung der Nockenwelle einmündet.
DE 198 17 319 A1 offenbart ein Steuerventil zur hydraulischen Beaufschlagung der Druckkammern eines Nockenwellenverstellers, welches in eine stirnseitig in eine Nockenwelle eingeschraubte Zentralschraube, die gleichzeitig der Anbindung des Nockenwellenverstellers an den Nockenwellen dient, integriert ist. Ein Steuerschieber des Steuerventils ist federbeaufschlagt, wobei für entlastete Feder eine Verbindung einer Druckmittelquelle über das Steuerventil mit einer Druckkammer gegeben ist. Die Verschiebung des Steuerschiebers erfolgt nach Maßgabe eines elektrischen Stellaggregats. Ist nach wahlweiser Beaufschlagung einer Druckkammer von der Druckmittelversorgung über das Steuerventil ein Soll-Stellwinkel des Nockenwellenverstellers erreicht, verschließen zwei Ringbunde des Steuerschiebers jeweils Bohrungen, die zu den Druckkammern führen, so dass für einen derartigen Soll-Stellwinkel der Hydraulikzustand der Druckkammern möglichst konstant beibehalten wird. Bei einem Druckabfall des hydraulischen Mediums wird ein mechanisches Sperr- oder Verriegelungselement in Form eines in radialer Richtung des Nockenwellenverstellers verschieblichen Verriegelungsbolzens wirksam.
Auch DE 10 2004 049 124 offenbart ein Steuerventil mit einem in einem Ventilgehäuse verschieblichen Steuerschieber, der federbeaufschlagt ist. Eine Verstellung des Steuerschiebers erfolgt auch hier über eine elektrische Stelleinrichtung, die Kräfte erzeugt, mittels welchen in unterschiedlichen Stellungen des Steuerschiebers das Federelement unterschiedlich beaufschlagt ist. In der Endlage des Steuerschiebers, in der das Federelement maximal entlastet ist, schließt das Steuerventil eine Verbindung zu einer Arbeitskammer, während über das Steuerventil die andere Arbeitskammer mit einem Tank verbunden ist. In einer hierdurch herbeigeführten Sperrstellung des Nockenwellenverstellers, insbesondere einer Endlage, erfolgt eine mechanische Verriegelung des Nockenwellenverstellers. Eine Sperrstellung, in welcher die Verbindungen zu beiden Druckkammern durch das Steuerventil gesperrt sind, liegt hierbei zwischen den beiden Stellungen des Steuerschiebers, in welchen eine Verstellung in Richtung "FRÜH" bzw. "SPÄT" erfolgt.
DE 10 2004 057 634 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller mit einem mechanischen Verriegelungselement, dessen Stellung über eine Druckmittelbeaufschlagung durch ein Schieberventil vorgegeben werden kann, welches über eine elektromagnetische Stelleinrichtung betätigt werden kann.
DE 102 05 415 A1 sind unterschiedliche hydraulische Kreisläufe für eine Beaufschlagung eines Nockenwellenverstellers zu entnehmen, in die federbeaufschlagte Schieberventile integriert sind, die teilweise über ein Hydraulikmedium und teilweise über ein elektrisches Stellaggregat betätigt werden. Eines dieser Schieberventile besitzt eine Steuerfläche, die mit dem Druck eines hydraulischen Mediums beaufschlagt ist, wobei mit einer Erhöhung dieses Drucks an der Steuerfläche der Steuerschieber entgegen einer auf den Steuerschieber einwirkenden Feder verschieblich ist. Das Schieberventil ermöglicht in einer ersten Betriebsstellung eine Druckbeaufschlagung einer Druckkammer mit dem Versorgungsdruck, während in einer zweiten Betriebsstellung die Druckkammer mit dem Tank verbunden ist. In einer dritten Betriebsstellung, für die der an der Steuerfläche anliegende Druck minimal ist bzw. die Feder maximal entspannt ist, sind die Verbindungen von der Druckkammer sowohl zu dem Tank als auch zu der Druckmittelquelle gesperrt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System mit einem Nockenwellenversteller vorzuschlagen, welches unter Berücksichtigung der Baubedingungen eine einfache, aber dennoch zuverlässige Sperrung des Nockenwellenverstellers ermöglicht, insbesondere in zeitlicher Umgebung eines Ausschaltens oder eines Starts einer Brennkraftmaschine.
Zusammenfassung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein hydraulischer Kreislauf gegeben, der einen Nockenwellenversteller, eine Hydraulikversorgung, insbesondere eine Verbindung zu einem Tank und einer Pumpe oder einem Hydraulikreservoir unter Druck, und eine zwischen die Hydraulikversorgung und Druckkammern des Nockenwellenverstellers zwischengeschaltete Steuereinrichtung aufweist. Die Steuereinrichtung steuert eine Verbindung der Hydraulikversorgung mit entgegengesetzt wirkenden Druckkammern des Nockenwellenverstellers. Entsprechend einer Beaufschlagung der Druckkammern mit dem hydraulischen Medium, also in Abhängigkeit der Steuereinrichtung, erfolgt eine Veränderung eines Stellwinkels des Nockenwellenverstellers.
Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Sperreinrichtung vorgesehen, die einen Stellwinkel des Nockenwellenverstellers bei einem Druckabfall des hydraulischen Mediums sichert. Dies ist insbesondere der Fall in der zeitlichen Umgebung von Ausschaltvorgängen der Brennkraftmaschine und/oder einem Start der Brennkraftmaschine. Während allerdings für den eingangs genannten Stand der Technik die bekannten Sperreinrichtungen als mechanische Verriegelungseinrichtungen ausgebildet sind, die formschlüssig über einen Verriegelungspin eine relative Bewegung zwischen zwei Stellelementen des Nockenwellenverstellers, beispielsweise einem Rotor und einem Stator, vermeiden, erfolgt erfindungsgemäß eine hydraulische Sperrung.
Zur Bildung einer derartigen hydraulischen Sperrung ist in den hydraulischen Kreislauf, vorzugsweise zwischen Steuereinrichtung und die Druckkammern des Nockenwellenverstellers, ein Schieberventil integriert, welches einen als Steuerschieber ausgebildeten Ventilkörper besitzt. Der Steuerschieber ist über ein Federelement abgestützt, wobei das Federelement derart vorgespannt ist, dass für an dem Steuerschieber überwiegende Federkräfte der Steuerschieber automatisiert infolge des Federelements eine Sperr-Endstellung einnimmt. Zur Bewegung aus dieser Sperr-Endstellung ist der Steuerschieber weiterhin mit einer Steuerfläche ausgestattet, die mit dem Druck der Hydraulikversorgung (oder einem hiermit korrelierenden, beispielsweise gedrosselten Druck) beaufschlagt ist. Damit kann mit Aufbau eines hinreichenden Drucks der Hydraulikversorgung der Steuerschieber aus der Sperr-Endstellung bewegt werden.
Die Steuerkanten des Steuerschiebers und/oder entsprechende hydraulische Sperrelemente des Steuerschiebers sind derart gegenüber den Verbindungen oder Kanälen zu den Druckkammern des Nockenwellenverstellers angeordnet, dass der Steuerschieber in der Sperr-Endstellung die Zuleitungen zu den Druckkammern sperrt. Damit ist der hydraulische Kreislauf aufgeteilt auf zwei Teilkreisläufe beidseits des Schieberventils. Die Druckkammern bilden mit den Zuleitungen bis zu der sperrenden Steuerkante des Steuerschiebers jeweils ein geschlossenes System, so dass die Volumina und Drücke in den geschlossenen Systemen konstant sind, was eine hydraulische Fixierung des Nockenwellenverstellers bedeutet.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung birgt folgende Vorteile in sich:

– Während für ein mechanisches Verriegelungselement eine Verriegelungsstellung fest vorgegeben ist, beispielsweise durch die Winkellage des Verriegelungspins sowie einer Aufnahmebohrung, in die der Verriegelungspin in der Verriegelungsstellung eintreten kann, ist je nach konstruktiver Ausgestaltung für die erfindungsgemäße Lösung eine Fixierung bei einem beliebigen Stellwinkel des Nockenwellenverstellers möglich. Dieses eröffnet neue Möglichkeiten: a) Für den Fall eines Einsatzes desselben Nockenwellenverstellers für unterschiedliche Brennkraftmaschinen kann die Feststelleeinrichtung für unterschiedliche Stellwinkel wirksam werden. b) Ebenfalls möglich ist, dass ein Abstellen der Brennkraftmaschine gezielt mit unterschiedlichen Stellwinkeln herbeigeführt wird, beispielsweise in einer Endlage "FRÜH" und einer Endlage "SPÄT" oder in einer beliebigen Zwischenposition, in denen dann jeweils dieselbe Sperreinrichtung wirksam werden kann. c) Ebenfalls kann über die Gestaltung der Druckverhältnisse, der Steuereinrichtung, die Auslegung des Federelements und die Charakteristik des Schieberventils mit einer Erstinbetriebnahme einer Brennkraftmaschine und/oder im Zuge einer Wartung problemlos eine Anpassung einer Sperr-Endstellung erfolgen.
– Die einer mechanischen Verriegelungseinheit immanenten Nachteile und Konstruktionsanforderungen können erfindungsgemäß umgangen werden. Beispielsweise erfordert ein Verriegelungspin zunächst eine verschiebliche Führung in einem Bauelement des Nockenwellenverstellers, also dem Rotor oder Stator. Dies bedeutet, dass der Verriegelungspin mit seiner gesamten Längserstreckung in dem Bauelement des Nockenwellenverstellers aufgenommen werden muss, was eine große Dimensionierung des Bauelements in diesem Bereich, beispielsweise eine große axiale Erstreckung, erfordert. U. U. ist zusätzlich Bauraum für eine Federabstützung des Verriegelungspins vorzusehen. Gleiches gilt für das Bauelement, in welches der Verriegelungspin in der verriegelten Stellung eintritt, wofür eine geeignete Aufnahmebohrung vorzusehen ist. Andererseits ist die Führung für den Verriegelungspin sowie die Aufnahme mit einer verhältnismäßig engen Toleranz zu fertigen, da nur mit einem engen Toleranzbereich eine spielfreie oder -arme Verriegelung gewährleistet ist. Für den Fall, dass eine Verriegelung in einer Endlage erfolgen soll, ist darüber hinaus u. U. eine Doppelpassung dadurch gegeben, dass einerseits die Endlage durch die Anlage beispielsweise eines Flügels an dem Stator vorgegeben ist und andererseits durch die Verriegelungseinheit definiert ist. Ein weiteres Problem bei mechanischen Verriegelungseinheiten stellt das Betätigen und/oder Lösen der Verriegelungseinheit dar. Selbst wenn eine Bewegung zum Lösen oder Betätigen der Verriegelungseinheit durch eine Feder bewerkstelligt wird, ist ein Stellmechanismus erforderlich, der die andere Betätigung der Verriegelungseinheit hervorruft. Hierzu kommt vorzugsweise eine hydraulische Betätigung des Verriegelungspins zum Einsatz, wobei der Hydraulikdruck auf eine Steuerfläche oder Stirnfläche des Verriegelungspins einwirkt. Zur Aktivierung des Hydraulikdrucks für die Steuer- oder Stirnfläche sind zusätzliche Steuerventile erforderlich, die ergänzend zu der mechanischen Verriegelungseinheit zusätzlichen Bauaufwand erfordern und zur Herbeiführung der erforderlichen Betriebssicherheit geeignet ausgebildet sein müssen. Ein weiteres Problem stellt für mechanische Verriegelungseinheiten die Reibung des Verriegelungspins gegenüber der Umgebung dar, unter welcher der Verriegelungspin auch dann bewegt werden muss, wenn u. U. in den Druckkammern bereits unterschiedliche Drücke aufgebaut werden, die zu einer erhöhten Normalkraft im Reibkontakt führen können. Kommt es im Bereich der Kontaktflächen zu einem Verschleiß der Verriegelungseinheit, erfolgt eine Verriegelung in einem vergrößerten Toleranzbereich des Verriegelungs-Stellwinkels. Die vorgenannten Probleme mechanischer Stelleinheiten können durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Feststelleinrichtung vermieden werden.

Eine besonders kompakte Ausgestaltung eines weiteren erfindungsgemäßen Systems ergibt sich, wenn das Schieberventil in einer stirnseitigen Ausnehmung der Nockenwelle angeordnet ist. Hierbei kann das Schieberventil unmittelbar in der Ausnehmung der Nockenwelle angeordnet sein. U. U. kann hierbei die Nockenwelle selber das Gehäuse für das Schieberventil bilden, wobei der Steuerschieber in der Ausnehmung der Nockenwelle geführt sein kann. Ebenfalls denkbar ist, vergleichbar dem eingangs genannten Stand der Technik, dass das Schieberventil in eine Zentralschraube integriert ist, die dadurch multifunktional ausgebildet ist, dass diese einerseits zur Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle in die Ausnehmung der Nockenwelle eingeschraubt wird und andererseits der Aufnahme des Schieberventils, u. U. auch unter Ausbildung des Ventilgehäuses, dient. Ebenfalls vergleichbar dem eingangs genannten Stand der Technik ist, dass das Schieberventil mit einer den Steuerschieber führenden Hülse gebildet sein kann, die in die Ausnehmung der Nockenwelle oder die Zentralschraube integriert werden kann.
Für den Fall, dass eine Einstellbarkeit der Charakteristik des Schieberventils gewünscht ist, ist für eine weitere Ausgestaltung der Erfindung eine Einstelleinrichtung vorgesehen, über die eine Veränderung der Position des Fußpunkts des Federelements möglich ist. Damit kann die Federvorspannung des Federelements verändert werden. Dies kann hilfreich sein für eine Anpassung bei einer Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine oder für eine Wartung. Ebenfalls möglich ist, dass über die Einstelleinrichtung eine Anpassung des Einsatzes des Nockenwellenverstellers und der Feststelleinrichtung in Verbindung mit unterschiedlichen Brennkraftmaschinen erfolgt.
Eine besonders einfache derartige Einstelleinrichtung ist dann gegeben, wenn diese eine Schraube ist, an deren Stirnfläche sich das Federelement abstützt. Hierbei ist es möglich, dass die Schraube in ein Innengewinde der Nockenwelle eingeschraubt ist.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems kann die Schraube multifunktional ausgebildet sein: in diesem Fall münden in die Ausnehmung der Nockenwelle radiale Kanäle, insbesondere drei Kanäle, die einerseits den beiden entgegengesetzt wirkenden Druckkammern sowie der Hydraulikversorgung zugeordnet sind. In die Ausnehmung sind dann in der Montage zunächst der Steuerschieber, dann das Federelement und schließlich die Schraube in der vorgenannten Reihenfolge einsetzbar. Wird der Steuerschieber beispielsweise durch die Hydraulikversorgung auf der der Schraube gegenüberliegenden Seite beaufschlagt, kann die Schraube die Bauelemente Steuerschieber und Federelement in der Nockenwelle sichern und gleichzeitig die Ausnehmung der Nockenwelle nach außen abdichten. Andererseits dient – wie bereits zuvor erwähnt – die Schraube der Bereitstellung einer einstellbaren Abstützung des Federelements.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft, ohne dass diese zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. 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 ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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 ein erfindungsgemäßes System in schematischer Darstellung;
2 ein in eine Nockenwelle integriertes Schieberventil für einen Einsatz in einem erfindungsgemäßen System gemäß 1 in einem Längsschnitt, wobei

– in der oberen Halbebene das Schieberventil in einer Sperrstellung der Sperreinrichtung dargestellt ist,
– während in der unteren Halbebene eine nicht gesperrte Stellung der Sperreinrichtung dargestellt ist; und

3 das in die Nockenwelle integrierte Schieberventil gemäß 2 in einem Querschnitt III-III.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1 zeigt ein System 1 zur Verstellung einer relativen Winkellage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Das System 1 verfügt über eine Hydraulikversorgung 2, die in einem Tank und/oder einer Pumpe bestehen kann zur Beaufschlagung des Systems 1 mit einem hydraulischen Medium, zur Bereitstellung eines Volumenstroms, zur Bereitstellung eines Drucks sowie zur Verringerung des Druckes oder des Volumens des Hydraulikmediums in dem System 1. Die Hydraulikversorgung 2 ist über mindestens eine Leitung 3 mit einer Steuereinrichtung 4 verbunden. Die Steuereinrichtung beaufschlagt über Leitungen 5, 6 sowie 7, 8 Druckkammern 9, 10 eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 11, wobei die Druckkammern 9, 10 in an sich bekannter Weise entgegengesetzt auf ein Stellelement, beispielsweise ein Flügelrad, des Nockenwellenverstellers 11 einwirken zur Herbeiführung einer Veränderung eines Stellwinkels des Nockenwellenverstellers 11, beispielsweise zur Beeinflussung der Emissionen, des Verbrauchs, der Leistung o. ä.
Erfindungsgemäß ist zwischen die Leitungen 5, 6 zwischen der Steuereinrichtung 4 und der Druckkammer 9 sowie zwischen die Leitungen 7, 8 zwischen der Steuereinrichtung 4 und der Druckkammer 10 eine Sperreinrichtung 12 zwischengeschaltet, die als hydraulische Sperreinrichtung ausgebildet ist. Der Sperreinrichtung 12 wird ein Druck der Hydraulikversorgung 2, insbesondere deren Förderdruck, über eine Leitung 13 zugeführt.
2 zeigt die Sperreinrichtung 12 in einem Längsschnitt, während 3 die Sperreinrichtung 12 in einem Querschnitt III-III zeigt. Die Sperreinrichtung 12 besitzt ein Gehäuse 14, welches insbesondere mit einem Endbereich einer Nockenwelle 15 gebildet ist. Von der Stirnseite der Nockenwelle 15 ist eine Ausnehmung 16 in diese eingebracht. Die Ausnehmung 16 besitzt folgende in der nachfolgenden Reihenfolge in das Innere der Nockenwelle aneinander anschließende Abschnitte:

– einen zylindrischen Abschnitt 17,
– einen Gewindeabschnitt 18,
– einen Auslaufbereich 19,
– einen zylindrischen Ventilbereich 20, der gegenüber dem Auslaufbereich 19 (mit einer Stufe im Übergangsbereich) einen verringerten Durchmesser besitzt,
– einen zylindrischen Druckraum 21, der gegenüber dem Ventilbereich 20 einen verringerten Durchmesser aufweist und gegenüber diesem über eine Stufe abgesetzt ist und der stirnseitig mit einem Boden 33 der Ausnehmung 16 abschließt, der für das vorliegende Ausführungsbeispiel kegelförmig ausgebildet ist.

In den Druckraum mündet mindestens eine radiale Bohrung 22, die über die Leitung 13 mit der Hydraulikversorgung 2 verbunden ist. In unterschiedlichen Querebenen münden weiterhin in den Ventilbereich 20 radiale Bohrungen 23, 24, die über die Leitungen 5, 7 mit dem Hydraulikmedium gespeist werden und über die Leitungen 5, 7 mit der Steuereinrichtung 4 kommunizieren. In derselben Querebene wie die radiale Bohrung 23 mündet in den Ventilbereich 20 in Umfangsrichtung versetzt mindestens eine radiale Bohrung 25, die mit der Leitung 6 verbunden ist, während in derselben Querebene wie die Bohrung 24 in Umfangsrichtung versetzt mindestens eine radiale Bohrung 26 vorgesehen ist, die mit der Leitung 8 und damit der Druckkammer 10 kommuniziert. In der Ausnehmung 16 ist ein Steuerschieber 27 angeordnet, welcher in dem dem Druckraum 21 zugewandten Endbereich einen Steuerbereich 28 aufweist, an den in Richtung der Stirnseite der Nockenwelle 15 eine erste Ringnut 29, ein Steuerbereich 30, eine zweite Ringnut 31 und ein weiterer Steuerbereich 32 in dieser Reihenfolge anschließen. Die Steuerbereiche und Ringnuten 28–32 besitzen jeweils kreisförmige Querschnitte mit im Wesentlichen jeweils über die Längserstreckung konstanten Durchmessern.
In die Ausnehmung 16 ist eine Einstelleinrichtung 34 eingesetzt. Für das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Einstelleinrichtung 34 um eine Madenschraube 35, die mit dem Gewindebereich 18 der Nockenwelle 15 verschraubt ist. Zwischen den einander zugewandten Stirnflächen 36 des Steuerschiebers 27 und 37 der Madenschraube 35 ist ein Federelement 38, insbesondere eine spiralförmige Druckfeder, in Richtung einer Längsachse 39–39 der Sperreinrichtung 12 verspannt. Mit zunehmendem Einschrauben der Madenschraube 35 in den Gewindebereich 18 wird die Vorspannung des Federelements 38 erhöht.
In der oberen Halbebene gemäß 2 ist eine verriegelte Stellung der Sperreinrichtung 12 dargestellt, in welcher das Federelement 38 maximal entspannt ist. In dieser Stellung der Sperreinrichtung 12 ist der Druck der Hydraulikversorgung 12 in der Leitung 13, und damit in der Bohrung 22 sowie dem Druckraum 21, vermindert, was beispielsweise im Umfeld des Deaktivierens der Brennkraftmaschine oder im Umfeld eines Starts der Brennkraftmaschine oder aber für einen Fehler in dem System 1 der Fall sein kann. Für einen derartigen Betriebszustand überwiegt die Kraft des Federelements im Vergleich zu der Kraft, die das Hydraulikmedium auf eine Stirnfläche 40 und Steuerfläche 49 des Steuerschiebers 27 ausübt. In der Sperrstellung gemäß der oberen Halbebene in 2 verschließt der Steuerbereich 30 den Übertrittsquerschnitt von der Bohrung 23 zur Bohrung 25, während der Steuerbereich 32 den Übertrittsquerschnitt zwischen der Bohrung 24 und der Bohrung 26 verschließt. Dies hat zur Folge, dass der hydraulische Zustand in der Leitung 6 und der Druckkammer 9 sowie der Leitung 8 und der Druckkammer 10 "eingefroren" ist und keine Erhöhung oder Verringerung des Drucks in einer der Druckkammern 9, 10 auftreten kann. Mit einer Erhöhung des Drucks der Hydraulikversorgung 2 erhöht sich der Druck in der Leitung 13, der Bohrung 22 und dem Druckraum 21, was schließlich zur Folge hat, dass auf die Stirnfläche 40 eine Kraft ausgeübt wird, die größer ist als die Kraft des Federelements 38 in der Sperrstellung gemäß der oberen Halbebene. Diese Kraft hat zur Folge, dass sich der Steuerschieber 27 entlang der Längsachse 39–39 in Richtung der Stirnseite der Nockenwelle 15 verschiebt in die entsperrte Stellung gemäß der unteren Halbebene in 2. In dieser Stellung des Steuerschiebers 27 verbindet die Ringnut 29 die Bohrungen 23 und 25, während die Ringnut 31 die Bohrungen 24, 26 verbindet. Dies hat zur Folge, dass unter Zwischenschaltung der Leitung 5, des Kanals 23, der Ringnut 29, des Kanals 25 und der Leitung 6 die Steuereinrichtung 4 mit der Druckkammer 9 verbunden ist, während die Druckkammer 10 mit der Steuereinrichtung 4 unter Zwischenschaltung der Leitung 7, der Bohrung 24, der Ringnut 31, der Bohrung 26 und der Leitung 8 verbunden ist. In der nicht gesperrten Stellung gemäß der unteren Halbebene in 2 kann damit die Steuereinrichtung 4 die hydraulischen Verhältnisse in den Druckkammern 9, 10 beeinflussen, so dass eine Verstellung des Stellwinkels des Nockenwellenverstellers 11 möglich ist.
Die Madenschraube 35 besitzt im Bereich der nach außen weisenden Stirnfläche 41 eine Betätigungsfläche 42, beispielsweise für einen Schraubendreher.
Für das in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Bohrungen 25, 26 radial außenliegend verschlossen, beispielsweise durch einen geeigneten Stopfen, und zweigen ab in Längskanäle 43, 44, die die Nockenwelle in Form von Bohrungen von der Stirnseite her durchsetzen und parallel zur Längsachse 39–39 orientiert sind, wobei eine Übergabe des Hydraulikmediums aus den Längskanälen 43, 44 auf nicht dargestellte Weise an die Leitungen 6, 8 bzw. die Druckkammern 9, 10 erfolgt.
Um eine Zufuhr des Hydraulikmediums zu den Kanälen oder Bohrungen 22, 23, 24 auch für rotierende Nockenwelle 15 zu ermöglichen, münden die Bohrungen 22, 23, 24 radial außenliegend in Umfangsnuten 45, 46, 47 der Nockenwelle 15, welche unter geeigneter Abdichtung in Richtung der Längsachse 39–39 mit einem Zylindergehäuse, einem Lagergehäuse der Nockenwelle 15 zur Übergabe des Hydraulikmediums mit dem gewünschten Druck auf an sich bekannte Weise, aber nicht hier dargestellt, kommunizieren.
3 zeigt die Anordnung der Kanäle 22, 23, 24, 25, 26 sowie der Längskanäle 42, 44 in einem Querschnitt. Für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel sind zwei Bohrungen 23 vorgesehen, die sich in 12-Uhr-Stellung sowie 6-Uhr-Stellung gegenüberliegen. Die Bohrungen 24 liegen sich entsprechend in 3-Uhr-Stellung sowie 9-Uhr-Stellung gegenüber. Es sind ebenfalls zwei Bohrungen 25 vorhanden, die sich in 4:30-Uhr-Stellung sowie 10:30-Uhr-Stellung gegenüberliegen, während zwei Bohrungen 26 in 1:30-Uhr-Stellung sowie 7:30-Uhr-Stellung gegenüberliegend angeordnet sind.
Das dargestellte hydraulische Leitungssystem bildet einen hydraulischen Kreislauf 48. Die den Druckraum 21 begrenzende Stirnfläche 40 bildet eine Steuerfläche 49 des Steuerschiebers 27.
Der Steuerschieber 27 gewährleistet, dass die Steuerbereiche 30, 32 gleichzeitig eine Sperrstellung einnehmen. Bei abweichender Gestaltung der Längserstreckungen der Steuerbereiche 30, 32 ist es ebenfalls möglich, dass ein Verschließen der Bohrungen 23, 24 durch die Steuerbereiche 30, 32 nacheinander im Zuge der Längsbewegung des Steuerschiebers 27 erfolgt.

1: System
2: Hydraulikversorgung
3: Leitung
4: Steuereinrichtung
5: Leitung
6: Leitung
7: Leitung
8: Leitung
9: Druckkammer
10: Druckkammer
11: Nockenwellenversteller
12: Sperreinrichtung
13: Leitung
14: Gehäuse
15: Nockenwelle
16: Ausnehmung
17: Abschnitt
18: Gewindebereich
19: Auslaufbereich
20: Ventilbereich
21: Druckraum
22: Bohrung
23: Bohrung
24: Bohrung
25: Bohrung
26: Bohrung
27: Steuerschieber
28: Steuerbereich
29: Ringnut
30: Steuerbereich
31: Ringnut
32: Steuerbereich
33: Boden/Grund
34: Einstelleinrichtung
35: Madenschraube
36: Stirnfläche
37: Stirnfläche
38: Federelement
39: Längsachse
40: Stirnfläche
41: Stirnfläche
42: Betätigungsfläche
43: Längskanal
44: Längskanal
45: Umfangsnut
46: Umfangsnut
47: Umfangsnut
48: hydraulischer Kreislauf
49: Steuerfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10346448 A1 [0002]
- DE 19817319 A1 [0003]
- DE 102004049124 [0004]
- DE 102004057634 A1 [0005]
- DE 10205415 A1 [0006]

Claims

System zur Verstellung einer relativen Winkellage zwischen einer Nockenwelle (15) und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit a) einem Nockenwellenversteller (11), b) einem hydraulischen Kreislauf (48) mit einer Hydraulikversorgung (2) und einer zwischen Hydraulikversorgung (2) und entgegengesetzt wirkenden Druckkammern (9, 10) des Nockenwellenverstellers (11) zwischengeschalteten Steuereinrichtung (4), die eine Verbindung der Hydraulikversorgung (2) mit den Druckkammern (9, 10) des Nockenwellenverstellers (11) steuert, wobei nach Maßgabe der Beaufschlagung der Druckkammern (9, 10) mit dem hydraulischen Medium eine Veränderung eines Stellwinkels des Nockenwellenverstellers (11) erfolgt, c) einer Sperreinrichtung (12), über die ein Stellwinkel des Nockenwellenverstellers (11) bei einem Druckabfall des hydraulischen Mediums sicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) die Sperreinrichtung (11) mit einem Schieberventil ausgebildet ist mit einem als Steuerschieber (27) ausgebildeten Ventilkörper, wobei e) der Steuerschieber (27) über ein Federelement (38) abgestützt ist, f) der Steuerschieber (27) eine Steuerfläche (49) besitzt, die mit dem Druck der Hydraulikversorgung (2) beaufschlagt ist und derart orientiert ist, dass eine Erhöhung des Drucks der Hydraulikversorgung (2) mit einer erhöhten Beaufschlagung des Federelements (38) korreliert und g) der Steuerschieber (27) in einer mit entspanntem Federelement (38) korrelierenden Endstellung die Zuleitungen (Leitungen 6, 8; Längskanäle 43, 44) zu den Druckkammern (9, 10) sperrt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (27) in einer stirnseitigen Ausnehmung (16) der Nockenwelle (15) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstelleinrichtung (34) zur Veränderung der Position eines Fußpunkts des Federelements (38) vorgesehen ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (34) eine Schraube (Madenschraube 35) ist, an deren einer Stirnfläche (36) sich das Federelement (38) abstützt.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (Madenschraube 35) in einen Gewindebereich (18) der Nockenwelle (15) eingeschraubt ist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass a) in die Ausnehmung (16) der Nockenwelle (15) radiale Kanäle (Bohrungen 22, 23, 24, 25, 26) für die entgegengesetzt wirkenden Druckkammern (9, 10) sowie von der Hydraulikversorgung (2) einmünden und b) in die Ausnehmung (16) der Steuerschieber (27), das Federelement (38) und die Schraube (Madenschraube 35) in der vorgenannten Reihenfolge eingesetzt sind.