DE102009037976A1

DE102009037976A1 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009037976A1
Application number: DE102009037976A
Authority: DE
Inventors: Olaf Boese; Robert Kergassner; Andreas Schulte
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Antriebselement (13) und einem Abtriebselement (14), wobei das Antriebselement (14) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) steht, wobei das Abtriebselement (23) in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle (6, 7) steht, wobei das Abtriebselement (14) drehbar zu dem Antriebselement (13) angeordnet ist und wobei das Abtriebselement (14) ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse (15) und zwei Seitendeckel (16, 17) aufweist, wobei je einer der Seitendeckel (16, 17) an einer axialen Seitenfläche des Gehäuses (15) angeordnet und an diesem befestigt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechseiventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement, wobei das Antriebselement in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle steht, wobei des Abtriebselement in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle steht, wobei das Abtriebselement drehbar zu dem Antriebselement angeordnet ist und wobei das Abtriebselement ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse und zwei Seitendeckel aufweist, wobei je einer der Seitendeckel an einer axialen Seitenfläche des Gehäuses angeordnet und an diesem befestigt ist.
Hintergrund der Erfindung
In Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, während des Betriebs 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 DE 10 2006 031 593 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Antriebselement, welches in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht, und ein Abtriebselement, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst mehrere Druckräume, die durch das Abtriebselement und das aus einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse und zwei Seitendeckeln bestehende Antriebselement begrenzt und jeweils mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt werden. Die Seitendeckel sind an den axialen Seitenflächen des Gehäuses angeordnet und mittels Schrauben mit diesem verbunden. Jede Schraube durchgreift jeweils eine Öffnung der Seitendeckel und eine an dem Gehäuse ausgebildete Axialöffnung, deren Querschnittsfläche größer als die Querschnittsfläche der Schrauben ausgebildet ist. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch eine Änderung der Phasenlage zwischen dem Abtriebselements und dem Antriebselement erfolgt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die Montage der Vorrichtung vereinfacht werden soll.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an beiden axialen Seitenflächen des Gehäuses jeweils zumindest zwei erste Formschlusselemente vorgesehen sind und dass an jedem der Seitendeckel zwei komplementäre zweite Formschlusselemente vorgesehen sind, wobei die ersten und zweiten Formschlusselemente derart zusammenwirken, dass die Position und die Orientierung der Seitendeckel relativ zu dem Gehäuse festgelegt ist. Durch die Ausbildung von Formschlusselementen sowohl an dem Gehäuse als auch an den Seitendeckeln können die Seitendeckel an dem Gehäuse vorpositioniert und in einem anschließenden Arbeitsschritt fest mit dem Gehäuse verschraubt werden. Somit sind die relative Position und Orientierung der Seitendeckel zu dem Gehäuse festgelegt, so dass eine unabsichtliche Fehljustierung während der Befestigung der Seitendeckel an dem Gehäuse beispielsweise mittels Schrauben nicht auftreten kann. Dadurch ist sichergestellt, dass an den Seitendeckeln ausgebildete Funktionsmerkmale, wie beispielsweise eine Verriegelungskulisse oder Eingriffsflächen für Montagewerkzeuge, die gewünschte Position relativ zu dem Gehäuse einnehmen. Darüber hinaus vereinfacht sich die Montage des Antriebselements, da während der Befestigung der Seitendeckel an dem Gehäuse keine positionsgenaue Fixierung der Seitendeckel durch ein zusätzliches Werkzeug entfallen kann, was speziell bei automatisierten Montagevorgängen von Vorteil ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Formschlusselemente einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet sind. Diese können beispielsweise bei Sintergehäusen während des Formgebungsprozesses ohne Mehraufwand an dem Gehäuse ausgebildet werden. Alternativ können die ersten Formschlusselemente separat zu dem Gehäuse ausgebildet und an diesem befestigt sein.
In einer alternativen Ausführungsform sind die ersten Formschlusselemente als Stifte ausgebildet, die jeweils eine Längsbohrung des Gehäuses durchgreifen, über beide Seitenflächen überstehen und an dem Gehäuse befestigt sind. Die Stifte können beispielsweise kraft- oder stoffschlüssig in der Längsbohrung des Gehäuses befestigt sein. Durch die separate Ausbildung der ersten Formschlusselemente können diese ohne zeit- und kostenintensive Nachbearbeitungsschritte beispielsweise spanlos hergestellt werden, wodurch eine hohe Maßgenauigkeit bei geringem Herstellungsaufwand erreicht wird.
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 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung in einer Draufsicht entlang des Pfeils II aus 2, ohne ersten Seitendeckel,
3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung aus 1 entlang der Linie III-III,
4 einen dem Gehäuse zugewandte Seite eines ersten Seitendeckels in einer Draufsicht,
5 einen dem Gehäuse zugewandte Seite eines zweiten Seitendeckels in einer Draufsicht,
6 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung im Längsschnitt.
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 2steht 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 in einer Draufsicht bzw. im Längsschnitt. Die Vorrichtung 11 weist ein Antriebselement 13 und ein Abtriebselement 14 auf. Das Antriebselement 13 besteht aus einem Gehäuse 15 und zwei Seitendeckeln 16, 17, die an jeweils einer axialen Seitenfläche des Gehäuses 15 angeordnet und an diesem mittels Schrauben 33 befestigt sind.
Das Abtriebselement 14 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 18 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 19 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 19 sind separat zum Abtriebselement 14 ausgebildet und in Flügelnuten des Nabenelements 18 angeordnet. Die Flügel 19 werden mittels Flügelfedern, die zwischen den Nutgründen der Flügelnuten und den Flügeln 19 angeordneter sind, radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt.
Ausgehend von einer äußeren, zylindrischen Umfangswand 20 des Antriebselements 13 erstrecken sich fünf Vorsprünge 21 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 21 einteilig mit der Umfangswand 20 ausgebildet. Das Antriebselement 13 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 21 relativ zu dem Abtriebselement 14 drehbar auf diesem gelagert.
An einer äußeren Mantelfläche des Antriebselements 13 ist ein Kettenrad 12 drehfest befestigt, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 13 übertragen werden kann.
Innerhalb der Vorrichtung 11 ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 21 ein Druckraum 22 ausgebildet. Jeder der Druckräume 22 wird in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 23 benachbarter Vorsprünge 21, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 16, 17, radial nach innen von dem Nabenelement 18 und radial nach außen von der Umfangswand 20 begrenzt. In jeden der Druckräume 22 ragt ein Flügel 19, wobei die Flügel 19 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 16, 17, als auch an der Umfangswand 20 anliegen. Jeder Flügel 19 teilt somit den jeweiligen Druckraum 22 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 24, 25.
Das Abtriebselement 14 ist in dem Antriebselement 13 aufgenommen und in einem definierten Winkelbreich drehbar zu diesem gelagert. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Abtriebselements 14 dadurch begrenzt, dass die Flügel 19 an je einer korrespondierenden Begrenzungswand 23 (Frühanschlag 23a) der Druckräume 22 zum Anliegen kommen. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 19 an den anderen Begrenzungswänden 23 der Druckräume 22, die als Spätanschlag 23b dienen, zum Anliegen kommen.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 24, 25 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Abtriebselements 14 relativ zu dem Antriebselement 13 variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 24, 25 kann die Phasenlage konstant gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, keine der Druckkammern 24, 25 während Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen.
Die Vorrichtung 11 weist eine Verriegelungseinheit 26 auf, mittels derer das Abtriebselement 14 mechanisch mit dem Antriebselement gekoppelt werden kann. Zu diesem Zweck ist in einer axial verlaufenden Aufnahme 27 des Abtriebselements 14 ein Verriegelungspin 28 aufgenommen, der mittels einer Feder 29 in Richtung des ersten Seitendeckels 16 gedrängt wird. An dem ersten Seitendeckel 16 ist eine Kulisse 30 (4) ausgebildet, in die der Verriegelungspin 28 von der Feder 29 gedrängt wird, wenn das Abtriebselement 14 eine definierte Phasenlage relativ zu dem Antriebselement 13 einnimmt. In diesem Fall liegt der Verriegelungspin 28 an den radialen Begrenzungswänden der Kulisse 30 an, wobei er sich gleichzeitig in die am Abtriebselement 14 ausgebildete Aufnahme 27 erstreckt. Dadurch ist eine formschlüssige, mechanische Verbindung zwischen dem Abtriebselement 14 und dem Antriebselement 13 hergestellt.
Die Kulisse 30 kommuniziert über eine in dem ersten Seitendeckel 16 ausgebildete Druckmittelleitung 31 mit einer der ersten Druckkammern 24. Somit gelangt bei ausreichender Druckmittelversorgung der Vorrichtung 11 Druckmittel aus der ersten Druckkammer 24 über die Druckmittelleitung 31 zu der Kulisse 30, wodurch der Verriegelungspin 28 gegen die Kraft der Feder 29 in dessen Aufnahme 27 zurückverdrängt und somit die mechanische Kopplung zwischen dem Antriebselement 13 und dem Abtriebselement 14 aufgehoben wird.
Je einer der Seitendeckel 16, 17 ist an einer der axialen Seitenflächen des Gehäuses 15 angeordnet und an diesem fixiert. In jedem der Vorsprünge 21 ist zu diesem Zweck eine Axialöffnung 32 vorgesehen, die mit Öffnungen 33 der Seitendeckel 16, 17 fluchten. Jeweils eine Schraube 34 durchgreift eine Öffnung 33 des zweiten Seitendeckels 17 und eine mit Übermaß ausgebildete Axialöffnung 32 einer der Vorsprünge 21. Dabei liegt ein Schraubenkopf der Schraube 34 an dem zweiten Seitendeckel 17 an. Gleichzeitig ist ein Gewindeabschnitt der Schraube 33 mit einem in der Öffnung 33 des ersten Seitendeckels 16 ausgebildeten Gewindeabschnitt verschraubt.
Des Weiteren sind an beiden axialen Seitenflächen des Gehäuses 15 jeweils zwei erste Formschlusselemente 35, in der dargestellten Ausführungsform einteilig mit dem Gehäuse 15 ausgebildete Ausbuchtungen, vorgesehen. Jedes der ersten Formschlusselemente 35 greift in ein an den Seitendeckeln 16, 17 ausgebildetes zweites Formschlusselement 36, das in der dargestellten Ausführungsform als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, ein (4 und 5).
Die Formschlusselemente 35, 36 stellen sicher, dass die Seitendeckel 16, 17 in der korrekten Position und Orientierung an dem Gehäuse 15 befestigt sind. Durch den Einsatz von jeweils zwei ersten und zwei zweiten Formschlusselementen 35, 36 wird sichergestellt, dass die Seitendeckel 16, 17 sowohl radial als auch in Umfangsrichtung korrekt positioniert sind. Somit ist sichergestellt, dass die die Überdeckung d des zweiten Seitendeckels 17 mit dem Nabenelement 18 in Umfangsrichtung gleichmäßig erfolgt. Darüber hinaus sorgen die Formschlusselemente 35, 36 dafür, dass die Kulisse 30 korrekt positioniert ist. Dies hat den Vorteil, dass eine aufwändige Verriegelungsspieleinstellung entfallen kann und bei der Auslegung der Kulisse 30 geringere Toleranzen berücksichtigt werden können. Die Montage wird somit erleichtert und das Verriegelungsspiel gesenkt.
Darüber hinaus können die Seitendeckel 16, 17 an dem Gehäuse 15 vor der Herstellung der Schraubverbindung vorpositioniert werde. Durch die Formschlusselemente 35, 36 sind die Seitendeckel 16, 17 in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Gehäuses 15 fixiert, so dass diese während der Montage nicht durch ein Werkzeug gehalten werden müssen. Somit wird eine automatisierte Montage erheblich vereinfacht.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 im Längsschnitt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind die ersten Formschlusselemente 35 nicht einteilig mit dem Gehäuse 15 ausgebildet, sondern mittels zweier separat zu dem Gehäuse 15 und den Seitendeckeln 16, 17 ausgebildeten Stiften 37 realisiert (nur ein Stift 37 ist dargestellt). Jeder der Stifte 37 durchgreift eine Längsbohrung 38 des Gehäuses 15. Dabei ist jeder der Stifte 37 mittels eines Presssitzes in der Längsbohrung 38 befestigt und jeder der Stifte 37 steht aus beiden Seitenflächen des Gehäuses 15 in axialer Richtung hervor. Die zweiten Formschlusselemente 36 sind in dieser Ausführungsform ebenfalls als Durchgangsbohrungen ausgebildet, in die die aus dem Gehäuse 15 herausragenden Bereiche der Stifte 37 eingreifen.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelwelle
3: Kolben
4: Zylinder
5: Zugmitteltrieb
6: Einlassnockenwelle
7: Auslassnockenwelle
8: Nocken
9: Einlassgaswechselventil
10: Auslassgaswechselventil
11: Vorrichtung
12: Kettenrad
13: Antriebselement
14: Abtriebselement
15: Gehäuse
16: erster Seitendeckel
17: zweiter Seitendeckel
18: Nabenelement
19: Flügel
20: Umfangswand
21: Vorsprung
22: Druckraum
23: Begrenzungswand
23a: Frühanschlag
23b: Spätanschlag
24: erste Druckkammer
25: zweite Druckkammer
26: Verriegelungseinheit
27: Aufnahme
28: Verriegelungspin
29: Feder
30: Kulisse
31: Druckmittelleitung
32: Axialöffnung
33: Öffnung
34: Schraube
35: erstes Formschlusselement
36: zweites Formschlusselement
37: Stift
38: Längsbohrung
d: Überdeckung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006031593 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit – einem Antriebselement (13) und einem Abtriebselement (14), – wobei das Antriebselement (14) in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle (2) steht, – wobei des Abtriebselement (23) in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle (6, 7) steht, – wobei das Abtriebselement (14) drehbar zu dem Antriebselement (13) angeordnet ist und – wobei das Abtriebselement (14) ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse (15) und zwei Seitendeckel (16, 17) aufweist, wobei je einer der Seitendeckel (16, 17) an einer axialen Seitenfläche des Gehäuses (15) angeordnet und an diesem befestigt ist, – dadurch gekennzeichnet, dass an beiden axialen Seitenflächen des Gehäuses (15) jeweils zumindest zwei erste Formschlusselemente (35) vorgesehen sind und dass an jedem der Seitendeckel (16, 17) zwei komplementäre zweite Formschlusselemente (36) vorgesehen sind, wobei die ersten und zweiten Formschlusselemente (35, 36) derart zusammenwirken, dass die Position und die Orientierung der Seitendeckel (16, 17) relativ zu dem Gehäuse (15) festgelegt ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Formschlusselemente (35) einteilig mit dem Gehäuse (15) ausgebildet sind.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Formschlusselemente (35) als Stifte (37) ausgebildet sind, die jeweils eine Längsbohrung (38) des Gehäuses (15) durchgreifen über beide Seitenflächen überstehen und an dem Gehäuse (15) befestigt sind.