DE102008050622A1

DE102008050622A1 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008050622A1
Application number: DE200810050622
Authority: DE
Inventors: Stefan Schelter; Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Antriebselement (12), einem Abtriebselement (14) und Druckräumen (24), wobei das Antriebselement (12) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) bringbar ist, wobei das Abtriebselement (14) in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle (6, 7) bringbar und schwenkbar zu dem Antriebselement (12) angeordnet ist, wobei erste und zweite Trennelemente (18, 18a-c, 20) vorgesehen sind, wobei die ersten Trennelemente (20) mit dem Antriebselement (12) und die zweiten Trennelemente (18, 18a-c) mit dem Abtriebselement (14) verbunden sind, wobei in jedem Druckraum (24) ein zweites Trennelement (18, 18a-c) eingreift und diesen in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (26, 27) teilt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung einer der Druckkammern (26, 27) bei gleichzeitiger Entleerung der anderen Druckkammern (26, 27) das zweite Trennelement (18, 18a-c) innerhalb des Druckraums (24) verschiebbar ist und wobei die ersten Trennelemente (20) die Druckräume (24) in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente (18, 18a-c) begrenzen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung (11).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und Druckräumen, wobei das Antriebselement in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bringbar ist, wobei das Abtriebselement in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle bringbar und schwenkbar zu dem Antriebselement angeordnet ist, wobei erste und zweite Trennelemente vorgesehen sind, wobei die ersten Trennelemente mit dem Antriebselement und die zweiten Trennelemente mit dem Abtriebselement verbunden sind, wobei in jeden Druckraum ein zweites Trennelement eingreift und diesen in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern teilt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung einer der Druckkammern bei gleichzeitiger Entleerung der anderen Druckkammer das zweite Trennelement innerhalb des Druckraums verschiebbar ist und wobei die ersten Trennelemente die Druckräume in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente begrenzen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 5,823,152 A bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Abtriebselement welches drehbar zu einem Antriebselement angeordnet ist, wobei das Antriebselement in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und das Abtriebselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. In axialer Richtung wird die Vorrichtung durch je einen Seitendeckel begrenzt. Das Abtriebselement, das Antriebselement und die zwei Seitendeckel begrenzen fünf Druckräume, wobei jeder der Druckräume mittels eines Trennelements in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Trennelemente innerhalb der Druckräume in Umfangsrichtung der Vorrichtung verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung des Abtriebselements zu dem Antriebselement und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass mit den vorliegenden Teilen keine Variabilität bzgl. des maximal möglichen Verstellwinkels gegeben ist. Für jeden Anwendungsfall oder bei Änderungen der Spezifikationen der Vorrichtung innerhalb eines Anwendungsfalls sind das Abtriebselement und das Antriebselement neu auszulegen und herzustellen, wobei Mehrfachverwendungen der Bauteile für verschiedene Anforderungen kaum möglich sind. Dies hat zur Folge, dass geringste Änderungen in der Struktur der Vorrichtung die Beschaffung neuer Werkzeuge, beispielsweise Sinterwerkzeuge, erfordert. Des Weiteren sind für jede Baureihe von Vorrichtungen die einzelnen Komponenten vorzuhalten, wodurch hohe Anforderungen an die Logistik während der Produktion gestellt werden. All dies führt zu hohen Produktionskosten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten gesenkt werden sollen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eines der Trennelemente separat zu dem Antriebselement und dem Abtriebselement ausgebildet ist und einen Befestigungsabschnitt aufweist, der in einer Aussparung des Antriebselements bzw. Abtriebselement angeordnet ist, wobei sich an den Befestigungsabschnitt senkrecht zur Verschieberichtung der zweiten Trennelemente ein Trennabschnitt anschließt, der benachbarte Druckkammern voneinander trennt, wobei die maximale Erstreckung des Trennabschnitts in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente von der korrespondierenden Erstreckung einer Öffnung der Aussparung abweicht.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die maximale Erstreckung des Trennabschnitts in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente größer oder kleiner ausgebildet ist als die korrespondierende Erstreckung der Öffnung der Aussparung.
In einer Konkretisierung der Erfindung ist zumindest eines der zweiten Trennelemente separat zu dem Abtriebselement ausgebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Abtriebselement eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist, an der eine axial verlaufende Aussparung ausgebildet ist, in der der Befesti gungsabschnitt angeordnet ist, wobei der Trennabschnitt radial zu dem Befestigungsabschnitt angeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eines der ersten Trennelemente separat zu dem Antriebselement ausgebildet ist. Dabei kann das Antriebselement ein hohlzylindrisches Gehäuse aufweisen, an dessen Innenmantelfläche eine axial verlaufende Aussparung ausgebildet ist, in der der Befestigungsabschnitt angeordnet ist, wobei der Trennabschnitt radial zu dem Befestigungsabschnitt angeordnet ist.
Die Vorrichtung weist zumindest ein Antriebselement und zumindest ein Abtriebselement auf. Das Antriebselement steht im montierten Zustand der Vorrichtung beispielsweise über einen Zugmitteltrieb, beispielsweise einem Ketten- oder Riementrieb oder einen Zahnradantrieb mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung. Das Abtriebselement ist in einem Winkelbereich schwenkbar relativ zu dem Antriebselement angeordnet und steht in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle. Das Abtriebselement kann beispielsweise drehfest mit der Nockenwelle verbunden sein. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Flügelzellenversteller ausgebildet sein. In diesem Fall begrenzen die ersten Trennelemente die Druckkammern beispielsweise in Umfangsrichtung. In jeden der Druckräume ragt eines der zweiten Trennelemente und teilt diese in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern, wobei die zweiten Trennelemente durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckkammern in Umfangsrichtung verschoben werden können.
Der Verstellwinkelbereich der Vorrichtung wird dadurch begrenzt, dass zumindest ein zweites Trennelement an einem der ersten Trennelemente zur Anlage kommt. Zumindest eines der Trennelemente ist separat zu dem Abtriebselement bzw. dem Antriebselement gefertigt und mit diesem verbunden. Dazu weist dieses Trennelement einen Befestigungsabschnitt auf, der in einer Aussparung, beispielsweise einer Nut, des Abtriebselements bzw. des Antriebselements aufgenommen ist. An den Befestigungsabschnitt schließt sich, im Fall des Flügelzellenverstellers in radialer Richtung, ein Trennabschnitt an, der sich in den Druckraum erstreckt und diesen in zwei gegeneinander wirkende Druck kammern teilt. Die in Umfangsrichtung liegenden Flächen dieses Trennabschnitts dienen als Anschläge für die korrespondierenden Trennelemente des anderen Bauteils. Über eine geeignete Wahl der Erstreckung des separat gefertigten Trennelements in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente kann der maximale Verstellwinkelbereich eingestellt werden, innerhalb dessen das Abtriebselement relativ zu dem Antriebselement verschwenkt werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die gesamte in Umfangsrichtung liegende Fläche des separat gefertigten Trennelements als Anschlagfläche dient. Ebenso können an diesen Flächen in Umfangsrichtung aus der Fläche herausragende Anschläge vorgesehen sein. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen zwei, mehrere oder alle ersten oder zweiten Trennelemente separat zu dem jeweiligen Bauteil (Antriebselement, Abtriebselement) ausgebildet und mit diesem verbunden sind. In diesem Fall können die anderen Trennelemente einteilig mit dem jeweiligen anderen Bauteil ausgebildet oder ebenfalls separat zu diesem gefertigt und mit diesem verbunden sein.
Das separate Trennelement kann beispielsweise mittels einer kraft-, form- oder stoffschlüssigen Verbindung mit dem Antriebselement bzw. dem Abtriebselement verbunden sein. Dabei kommen beispielsweise Schweiß-, Klebe- oder Lötverbindungen oder ein Pressverband zwischen der Aussparung und dem Befestigungsabschnitt in Betracht. Ebenso denkbar ist es die Aussparung als Nut auszubilden, wobei sich die Nut zu ihrer Öffnung hin verjüngt. in diesem Fall ist die Form des Befestigungsabschnitts der Form der Nut anzupassen und in dieser zu platzieren, wodurch eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird. Darüberhinaus können die separaten Trennelemente mittels Bördeln oder Rändeln an dem jeweiligen Bauteil befestigt werden.
Somit kann der Verstellwinkelbereich der Vorrichtung den jeweiligen Gegebenheiten der Anwendung alleine dadurch angepasst werden, dass die separat gefertigten Trennelemente der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Alle anderen Bauteile können unverändert für eine Vielzahl von Anwendungen beibehalten werden. Des Weiteren kann flexibel auf Spezifikationsänderungen reagiert werden. Es sind keine neuen Werkzeuge nötig, wenn auf abweichende Anforderungen reagiert werden muss. Die separate Herstellung des oder der Trennelemente kann kostengünstiger erfolgen, als eine komplette Neukonstruktion der Vorrichtung. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass Leichtbaumaterialien, wie Aluminium, Magnesium oder geeignete Kunststoffe Einsatz finden können, wodurch die Masse der Vorrichtung erheblich reduziert werden kann.
Des Weiteren kann ein Federelement vorgesehen sein, welches den Befestigungsabschnitt mit einer Kraft in Richtung des Trennabschnitts beaufschlagt. Somit liegt der Trennabschnitt immer an der korrespondierenden Fläche des Druckraums an und eventuell unterschiedliche Temperaturlängendehnungen können ausgeglichen werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das separate Trennelement eine Axialnut aufweist, deren Öffnung dem Bauteil aus der Gruppe Antriebselement und Abtriebselement zugewandt ist mit dem das separate Trennelement nicht verbunden ist und in der ein Dichtelement angeordnet ist, welches an einer Fläche des Bauteils anliegt. Somit wird mittels des beispielsweise als Dichtleiste ausgebildeten Dichtelements die interne Leckage zwischen benachbarten Druckkammern verringert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung umfasst zumindest folgende Schritte:

– Festlegung des maximal zulässigen Verstellwinkelbereichs des Abtriebselements relativ zu dem Antriebselement,
– Auswahl der Erstreckung des oder der separat zu fertigenden Trennelemente in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente entsprechend dem maximal zulässigen Verstellwinkelbereich,
– Fertigung des oder der separat zu fertigenden Trennelemente,
– Montage des oder der separat gefertigten Trennelemente an das Antriebselement bzw. das Abtriebselement und
– Zusammenbau der Vorrichtung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II aus 3 durch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
3 einen Querschnitt durch die erste erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der Linie III-III aus 2,
4 einen Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 11 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Ebenso kann vorgesehen sein, nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 11 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 11 versehen ist.
Die 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 im Längs- bzw. im Querschnitt. Die Vorrichtung 11 weist ein Antriebselement 12 und ein Abtriebselement 14 auf. Das Antriebselement 12 weist ein Gehäuse 13 und zwei Seitendeckel 15, 16 auf, die an den axialen Seitenflächen des Gehäuses 13 angeordnet sind. Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 19 des Gehäuses 13 erstrecken sich fünf erste Trennelemente 20 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die ersten Trennelemente 20 einteilig mit der Umfangswand 19 ausgebildet. Das Antriebselement 12 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der ersten Trennelemente 20 relativ zu dem Abtriebselement 14 drehbar zu diesem angeordnet. Je einer der Seitendeckel 15, 16 ist an einer der axialen Seitenflächen des Gehäuses 13 angeordnet und drehfest an diesem befestigt. Zu diesem Zweck sind Befestigungselemente 23 vorgesehen, die jeweils eines der ersten Trennelemente 20 und beide Seitendeckel 15, 16 durchgreifen und aneinander fixieren.
Das Abtriebselement 14 ist in Form eines Flügelrades ausgebildet und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 17 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf zweite Trennelemente 18, 18a–c in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die zweiten Trennelemente 18, 18a–c sind separat zum Abtriebselement 14 ausgebildet und weisen je einen Befestigungsabschnitt 33 und einen Trennabschnitt 34 auf. An der äußeren Mantelfläche des Nabenelements 17 sind Aussparungen 35, in der dargestellten Ausführungsform axial verlaufende Nuten 35, ausgebildet, in denen jeweils der Befestigungsabschnitt 33 eines zweiten Trennelements 18, 18a–c aufgenommen ist. Die Befestigungs- und die Trennabschnitte 33, 34 erstrecken sich entlang der gesamten axialen Richtung der Druckräume 24. Die sich in radialer Richtung an die Befestigungsabschnitte 33 anschließenden Trennabschnitte 34 erstrecken sich in radialer Richtung jeweils in einen Druckraum 24. Jeder der Druckräume 24 wird in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 25 benachbarter erster Trennelemente 20, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 15, 16, radial nach innen von dem Nabenelement 17 und radial nach außen von der Umfangswand 19 begrenzt. In jeden der Druckräume 24 ragt ein zweites Trennelement 18, 18a–c, wobei die zweiten Trennelemente 18, 18a–c derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 15, 16, als auch an der Umfangswand 19 anliegen. Jedes zweite Trennelement 18, 18a–c b teilt somit den jeweiligen Druckraum 24 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 26, 27.
An einer äußeren Mantelfläche des ersten Seitendeckels 15 ist ein Kettenrad 21 ausgebildet, über das mittels eines nicht dargestellten Kettentriebs Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 12 übertragen werden kann. Das Abtriebselement 14 ist mittels einer Zentralschraube 22 mit einer Nockenwelle 6, 7 verbunden. Dazu durchgreift die Zentralschraube 22 eine zentrale Bohrung 22a des Abtriebselements 14 und ist mit der Nockenwelle 6, 7 verschraubt.
Das Abtriebselement 14 ist in einem definierten Verstellwinkelbereich drehbar zu dem Antriebselement 12 angeordnet. Der Verstellwinkelbereich wird in einer Drehrichtung des Abtriebselements 14 dadurch begrenzt, dass die zweiten Trennelemente 18, 18a–c an je einer korrespondierenden Begrenzungswand 25 (Frühanschlag 28) der ersten Trennelemente 20 zum Anliegen kommen. Analog wird der Verstellwinkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die zweiten Trennelemente 18, 18a–c an den anderen Begrenzungswänden 25 der ersten Trennelemente 20, die als Spätanschlag 29 dienen, zum Anliegen kommen.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 26, 27 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Antriebselements 12 zum Abtriebselement 14 (und damit die Phasenlage der Nockenwelle 6, 7 zur Kurbelwelle 2) variiert werden. Hierdurch werden die zweiten Trennelemente 18, 18a–c in deren Verschieberichtung, in der dargestellten Ausführungsform in Umfangsrichtung, relativ zu den ersten Trennelementen 20 verschoben. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 26, 27 kann die Phasenlage konstant gehalten werden.
Die zweiten Trennelemente 18, 18a–c sind in der dargestellten Ausführungsform separat zu dem Abtriebselement 14 hergestellt und mit diesem verbunden.
Zur Illustration der Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen zweiter Trennelemente 18, 18a–c dargestellt.
Die Nuten 35, in denen die Befestigungsabschnitte 33 der zweiten Trennelemente 18, 18a angeordnet sind, weisen ausgehend von deren Nutgrund in Richtung deren Öffnungen 30 eine sich verjüngende Struktur bezüglich der Umfangsrichtung der Vorrichtung 11 auf. Die Befestigungsabschnitte 33 der zweiten Trennelemente 18, 18a sind dieser Struktur angepasst und somit formschlüssig an dem Abtriebselement 14 befestigt. Zusätzlich können noch stoff- oder kraftschlüssige Verbindungen vorgesehen sein, beispielsweise eine Schweißverbindung oder ein Pressverband zwischen dem Befestigungsabschnitt 33 und der Nutwandung.
Das zweite Trennelement 18b stellt eine weitere mögliche Ausführungsform dar. Hierbei sind die Nut 35 und der Befestigungsabschnitt 33 im Querschnitt rechteckig ausgebildet. Somit ist das zweite Trennelement 18b radial verschiebbar und in Umfangsrichtung formschlüssig an dem Abtriebselement 14 befestigt. Zwischen dem Nutgrund der Nut 35 und dem Befestigungsabschnitt 33 ist ein Federelement 31 vorgesehen, welche das zweite Trennelement 18b radial noch außen mit einer Kraft beaufschlaget, so dass dieses immer an der Umfangswand 19 zum Anliegen kommt.
Die Erstreckung der Nuten 35 der vorgenannten zweiten Trennelemente 18, 18a, b in Umfangsrichtung ist geringer ausgeführt, als die maximale Erstreckung der Trennabschnitte 34 in Umfangsrichtung. Insbesondere gilt dies für den Bereich der Öffnungen 30 der Nuten 35. Gleiches gilt auch für die Befestigungsabschnitte 33.
Das zweite Trennelement 18c stellt eine dritte mögliche Ausführungsform dar. In dieser Ausführungsform ist die Erstreckung der Nut 35, und damit auch des Befestigungsabschnitts 33, in Umfangsrichtung größer ausgebildet, als die ma ximale Erstreckung des Trennabschnitts 34 in Umfangsrichtung. Der Befestigungsabschnitt 33 ist mittels einer Schweißverbindung fest mit der Nut 35 verbunden. Durch die größere Erstreckung des Befestigungsabschnitts 33 wir die auf den Trennabschnitt 34 wirkende Kraft über eine größere Fläche in das Abtriebselement 14 eingeleitet und somit die Bauteilbelastung reduziert.
Der Trennabschnitt 34 kann bezüglich einer radial und axial verlaufenden Spiegelebene durch den Befestigungsabschnitt 33 unsymmetrisch ausgebildet sein. Ebenso denkbar sind, wie in 3 dargestellt, symmetrische Ausführungsformen. Dadurch werden Fehlmontagen vermieden. Durch die separate Ausbildung der zweiten Trennelemente 18, 18a–c kann der maximale Verstellwinkelbereich der Vorrichtung 11 auf einfache Art und Weise eingestellt werden, wobei für Vorrichtungen 11 verschiedener Anwendungen, abgesehen von den zweiten Trennelemente 18, 18a, b, die gleichen Bauteile Verwendung finden können. Der maximale Verstellwinkelbereich wird durch die Erstreckung der Trennabschnitte 34 der zweiten Trennelemente 18, 18a–c in Umfangsrichtung festgelegt. Während der Konstruktion der Vorrichtung 11 ist somit zunächst der maximale Verstellwinkelbereich der Vorrichtung 11 festzulegen. Anschließend ist die Erstreckung der Trennabschnitte 34 zu bestimmen und die zweiten Trennelemente 18, 18a–c entsprechend zu fertigen. Während der Montage werden die speziell für diese Anwendungen gefertigten zweiten Trennelemente 18, 18a–c an das Abtriebselement 14 montiert. Somit können, abgesehen von den zweiten Trennelementen 18, 18a–c standardisierte Bauteile verwendet werden. Ein Vorteil dieser Baukastenbauweise ist in einer deutlich kostengünstigeren Logistik zu sehen, da für eine Vielzahl von Vorrichtungen 11 die gleichen Bauteile Verwendung finden können. Dadurch sinken die Produktionskosten, da für die Gleichteile jeweils nur ein Werkzeugsatz nötig ist. Die Herstellung der für die jeweilige Anwendung speziell anzufertigenden zweiten Trennelemente 18, 18a–c kann kostengünstig, beispielsweise durch ein Strangpressverfahren, realisieret werden. Des Weiteren können die zweiten Trennelemente 18, 18a–c als Leichtbauelemente, beispielsweise aus Aluminium, Magnesium oder einem geeigneten Kunststoff gefertigt werden, wodurch das Gewicht der Vorrichtung 11 reduziert werden kann.
Neben der dargestellten Ausführungsform, in der alle zweiten Trennelemente 18, 18a–c separat zu dem Abtriebselement 14 ausgebildet sind, sind auch Ausführungsform denkbar, in denen einige der zweiten Trennelemente 18, 18a–c einteilig mit dem Abtriebselement 14 ausgebildet sind und beispielsweise nur ein zweites Trennelement 18, 18a–c separat zu diesem hergestellt und an diesem befestigt ist. Der maximale Verstellwinkelbereich der Vorrichtung 11 wird in diesem Fall durch die Erstreckung dieses zweiten Trennelements 18, 18a–c in Umfangsrichtung definiert.
Des Weiteren sind Ausführungsform denkbar, in denen die Anschlagflächen der Trennabschnitte 34 mit einem oder mehreren Anschlägen 32 versehen sind (3, zweites Trennelement 18a). Durch eine derartige Ausbildung der zweiten Trennelemente 18, 18a–c kann das Gewicht der Vorrichtung 11 weiter reduziert werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist an den radial außenliegenden Flächen der zweiten Trennelemente 18, 18a, 18c je eine Axialnut 36 vorgesehen, in der jeweils ein Dichtelement 37 angeordnet ist. Die Öffnungen der Axialnuten 36 weisen in Richtung der Umfangswand 19 des Antriebselements 12. Die Dichtelemente 37 legen sich elastisch an die Umfangswand 19 an. Die Dichtelemente 37 können beispielsweise als Dichtleisten ausgeführt sein, die mittels eines Federelements, beispielsweise einer Blattfeder, die zwischen dem Nutgrund der Axialnut 36 und dem Dichtelement angeordnet sind, radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt werden. Durch den Einsatz der Dichtelemente 37 wird die interne Leckage zwischen benachbarten Druckkammern 26, 27 erheblich verringert.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch zu der ersten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die zweiten Trennelemente 18, einteilig mit dem Nabenelement 17 ausgebildet. Das Gehäuse 13 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. Die ersten Trennelemente 20 sind separat zu dem Antriebselement 12 hergestellt und an einer Innenmantelfläche des Gehäuses 13 befestigt. In dieser Aus führungsform wird die Erstreckung der Druckräume 24 in Umfangsrichtung, und damit der maximale Verstellwinkel des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 12, durch die Erstreckung der ersten Trennelemente 20 in Umfangsrichtung festgelegt. Die ersten Trennelemente 20 können auch jede Form annehmen, die in 3 bzgl. der zweiten Trennelemente 18, 18a–c dargestellt ist. Die ersten Trennelemente 20 können in dieser Ausführungsform in axialer Richtung mit einem geringen Übermaß zu dem Gehäuse 13 gefertigt sein. In diesem Fall kann während der Montage zunächst das Radialspiel zwischen Abtriebselement 14 und Antriebselement 12 durch radiales Positionieren der ersten Trennelemente 20 eingestellt werden. Anschließend wird die Lage der ersten Trennelemente 20 durch den Schraubenverband zwischen dem ersten Seitendeckel 15, dem Gehäuse 13 und dem zweiten Seitendeckel 16 fixiert.
Auch in dieser Ausführungsform sind Dichtelemente 37 vorgesehen. Diese sind in Axialnuten aufgenommen, die an den radial inneren Flächen der ersten Trennelemente 20 ausgebildet sind. Die Dichtelement 37 liegen an der Außenmantelfläche des Nabenelements 17 an.

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelwelle
3: Kolben
4: Zylinder
5: Zugmitteltrieb
6: Einlassnockenwelle
7: Auslassnockenwelle
8: Nocken
9: Einlassgaswechselventil
10: Auslassgaswechselventil
11: Vorrichtung
12: Antriebselement
13: Gehäuse
14: Abtriebselement
15: Seitendeckel
16: Seitendeckel
17: Nabenelement
18, 18a–c: zweites Trennelement
19: Umfangswand
20: erstes Trennelement
21: Kettenrad
22: Zentralschraube
22a: zentrale Bohrung
23: Befestigungselement
24: Druckraum
25: Begrenzungswand
26: erste Druckkammer
27: zweite Druckkammer
28: Frühanschlag
29: Spätanschlag
30: Öffnung
31: Federelement
32: Anschlag
33: Befestigungsabschnitt
34: Trennabschnitt
35: Aussparung/Nut
36: Axialnut
37: Dichtelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5823152 A [0003]

Claims

Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit – einem Antriebselement (12), einem Abtriebselement (14) und Druckräumen (24), – wobei das Antriebselement (12) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) bringbar ist, – wobei das Abtriebselement (14) in Antriebsverbindung mit der Nockenwelle (6, 7) bringbar und schwenkbar zu dem Antriebselement (12) angeordnet ist, – wobei erste und zweite Trennelemente (18, 18a–c, 20) vorgesehen sind, wobei die ersten Trennelemente (20) mit dem Antriebselement (12) und die zweiten Trennelemente (18, 18a–c) mit dem Abtriebselement (14) verbunden sind, – wobei in jeden Druckraum (24) ein zweites Trennelement (18, 18a–c) eingreift und diesen in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern (26, 27) teilt, – wobei durch Druckmittelbeaufschlagung einer der Druckkammern (26, 27) bei gleichzeitiger Entleerung der anderen Druckkammer (26, 27) das zweite Trennelement (18, 18a–c) innerhalb des Druckraums (24) verschiebbar ist und – wobei die ersten Trennelemente (20) die Druckräume (24) in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente (18, 18a–c) begrenzen, – dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Trennelemente (18, 18a–c, 20) separat zu dem Antriebselement (12) und dem Abtriebselement (14) ausgebildet ist und einen Befestigungsabschnitt (33) aufweist, der in einer Aussparung (35) des Antriebselements (12) bzw. Abtriebselement (14) angeordnet ist, wobei sich an den Befestigungsabschnitt (33) senkrecht zur Verschieberichtung der zweiten Trennelemente (18, 18a–c) ein Trennabschnitt (34) anschließt, der benachbarte Druckkammern (26, 27) voneinander trennt, wobei die maximale Erstreckung des Trennabschnitts (34) in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente (18, 18a–c) von der korrespondierenden Erstreckung einer Öffnung (30) der Aussparung (35) abweicht.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der zweiten Trennelemente (18, 18a–c) separat zu dem Abtriebselement (14) ausgebildet ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (14) eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist, an der eine axial verlaufende Aussparung (35) ausgebildet ist, in der der Befestigungsabschnitt (33) angeordnet ist, wobei der Trennabschnitt (34) radial zu dem Befestigungsabschnitt (33) angeordnet ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der ersten Trennelemente (20) separat zu dem Antriebselement (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) ein hohlzylindrisches Gehäuse (13) aufweist, an dessen Innenmantelfläche eine axial verlaufende Aussparung (35) ausgebildet ist, in der der Befestigungsabschnitt (33) angeordnet ist, wobei der Trennabschnitt (34) radial zu dem Befestigungsabschnitt (33) angeordnet ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Trennelement (18, 18a–c, 20) mittels einer kraft-, form- oder stoffschlüssigen Verbindung mit dem Antriebselement (12) bzw. dem Abtriebselement (14) verbunden ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (31) vorgesehen ist, welches den Befestigungsabschnitt (33) mit einer Kraft in Richtung des Trennabschnitts (34) beaufschlagt.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Erstreckung des Trennabschnitts (34) in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente (18, 18a–c) größer ausgebildet ist als die korrespondierende Erstreckung der Öffnung (30) der Aussparung (35).
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Erstreckung des Trennabschnitts (34) in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente (18, 18a–c) kleiner ausgebildet ist als die korrespondierende Erstreckung der Öffnung (30) der Aussparung (35).
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Trennelement (18, 18a–c, 20) eine Axialnut (36) aufweist, deren Öffnung dem Bauteil aus der Gruppe Antriebselement (12) und Abtriebselement (14) zugewandt ist mit dem das separate Trennelement (18, 18a–c, 20) nicht verbunden ist und in der ein Dichtelement (37) angeordnet ist, welches an einer Fläche des Bauteils anliegt.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (11) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: – Festlegung des maximal zulässigen Verstellwinkelbereichs des Abtriebselements (14) relativ zu dem Antriebselement (12), – Auswahl der Erstreckung des oder der separat zu fertigenden Trennelemente (18, 18a–c, 20) in Verschieberichtung der zweiten Trennelemente (18, 18a–c) entsprechend dem maximal zulässigen Verstellwinkelbereichs, – Fertigung des oder der separat zu fertigenden Trennelemente (18, 18a–c, 20), – Montage des oder der separat gefertigten Trennelemente (18, 18a–c, 20) an das Antriebselement (12) bzw. das Abtriebselement (14) und – Zusammenbau der Vorrichtung (11).