DE19525373A1

DE19525373A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19525373A1
Application number: DE1995125373
Authority: DE
Inventors: Dieter Goppelt; Juergen Schimkat
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 1997-01-16
Also published as: DE19680555D2; WO1997003276A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, die innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer Nockenwelle, vorzugsweise an einem mit der Nockenwelle in Antriebsver bindung stehenden Antriebsrad, angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen über hydraulische Mittel axial verschiebbaren Verstellkolben aufweist, dessen Stirnseiten je eine Druckkammer begrenzen und dessen Mantelfläche an einem die Druckkammern radial nach außen begrenzenden Gehäuse dichtend anliegt, wobei der Verstellkolben mit zwei, bevorzugt gegenläufig, schrägverzahnten Abschnitten versehen ist, von denen der erste Abschnitt mit einer korrespondie renden Verzahnung eines mit dem Antriebsrad verbundenen Antriebselements und der zweite Abschnitt mit einer Verzahnung eines mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebselements kommuniziert und wobei für eine axiale Wegbe grenzung des Verstellkolbens je ein Anschlagelement in beiden Druckkammern vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-A 40 07 981 (Fig. 4) vorbekannt. Nach Start der Brennkraftmaschine tritt bei derartigen Vorrichtungen das Problem auf, daß der jeweilige Verstellkolben mit hoher Geschwindigkeit in eine maximale Verstellposition eilt und dort unter erheblicher Geräusch emission mehrfach anschlägt. Dies rührt daher, daß nach Außerbetriebsetzung der Brennkraftmaschine das in der Vorrichtung befindliche hydraulische Mittel allmählich aus dieser entweicht und somit der Verstellkolben hydraulisch nicht mehr ausreichend eingespannt ist, wobei in aller Regel ein gewisses Restvolu men an hydraulischem Mittel verbleibt. Hervorgerufen durch die Drehungleich förmigkeit der Nockenwelle wird nach Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschi ne der Verstellkolben, da dieser nun hydraulisch nicht mehr eingespannt ist, in eine Endlage unter der erwähnten erheblichen Geräuschentwicklung verscho ben. Dieser Zustand ist im Zeitraum zwischen Befeuerung der Brennkraftmaschi ne und Befüllung der Druckkammern festzustellen, d. h. wenige Sekunden nach dem Start des Motors.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vor genannten Gattung zu schaffen, bei der die besprochenen Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln, d. h. mit geringem konstruktiven Aufwand, das angezeigte Startklappern vermieden ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine pneumatische Endlagendämpfung für den Verstellkolben in der Druckkammer vorgesehen ist, in deren Richtung der Verstellkolben nach einem Anlaßvorgang der Brenn kraftmaschine verschoben wird, daß die pneumatische Endlagendämpfung durch Ausbildung eines Luftpolsters unmittelbar vor Erreichen der maximalen Verstell position des Verstellkolbens zwischen einander zugewandten Stirnflächen von Anschlagelement und Verstellkolben hergestellt ist, daß das Anschlagelement gemeinsam mit einem dichtenden Element aus einem elastischen bzw. polyme ren Werkstoff ausgebildet ist, welches dichtende Element mit seinem Axial ansatz geringfügig in die Druckkammer ragt, wobei der Axialansatz radial nach außen zum Gehäuse beabstandet ist, so daß zwischen Axialansatz und Gehäuse ein Ringraum für das Luftpolster gebildet ist und daß der Axialansatz als um laufende(r) Ringlippe bzw. Ring ausgebildet ist, deren bzw. dessen der Druck kammer zugewandte Auswulstung unmittelbar mit der Stirnseite des Druckkol bens kommuniziert und mit ihrem bzw. seinem der Druckkammer axial abge wandten Rand- bzw. Ringbereich am Gehäuse anliegt.

Durch dieses Luftpolster ist kurz vor Erreichen der einen Endlage des Verstell kolbens ein wirksamer Abbau seiner kinetischen Energie geschaffen. Dadurch, daß der Verstellkolben unmittelbar vor Erreichen seiner Endposition zusätzlich Arbeit zum Komprimieren der im Ringraum eingeschlossenen Luft verrichten muß, ist wirkungsvoll ein hartes Endanschlagen des Verstellkolbens an seinem ihm zugewandten Anschlagelement vermieden. Die eingangs beschriebenen nachteiligen Klappergeräusche bei Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine sind somit eliminiert. Die erfindungsgemäße Ringlippe bzw. der Ring dichtet den in Radialrichtung darüberliegenden Ringraum wirkungsvoll zum Zeitpunkt der Komprimierung der Luft ab. Denkbar ist es bei dieser Ausgestaltung auch, das dichtende Element nicht am Anschlagelement vorzusehen sondern an der gegenüberliegenden Stirnfläche des Verstellkolbens. Durch die gemeinsame bzw. einteilige Ausbildung des Anschlagelements mit dem dichtenden Element verringert sich der Montageaufwand. Der als Ringlippe bzw. Ring ausgebildete Axialansatz des dichtenden Elements ist in seiner geometrischen Gestaltung soweit frei, als das er den gebildeten Ringraum wirkungsvoll abdichtet. Bei spielsweise können lippenartige Randbereiche der Ringlippe parallel bzw. unter einem definierten Winkel zur Axiallinie der Nockenwelle verlaufen. Ein Über tritt von Hydraulikmittel bzw. komprimierter Luft von der einen Druckkammer in die weitere Druckkammer im Gehäusebereich ist wirkungsvoll durch stirnsei tige Dichtelemente am Verstellkolben (beispielsweise ein elastomerer Dichtring bzw. ein Kolbenring) verhindert. Da nicht ausgeschlossen werden kann, daß gemeinsam mit der im Ringraum komprimierten Luft auch Hydraulikmittel in diesem Ringraum angesammelt ist, bezieht sich die Erfindung ebenso auf ein sich ausbildendes Luft-, Hydraulikmittelpolster.

Zur Versteifung des dichtenden Elements kann es in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dieses Element mit einer Armierung zu versehen. Diese Armie rung kann beispielsweise als umspritzter Stahlring hergestellt sein, jedoch auch aus einem Kunststoff- bzw. Leichtbauwerkstoff bestehen.

Des weiteren ist es vorgeschlagen, den Ring in bezug auf das dichtende Ele ment derartig anzuordnen, daß dieser im axialen Endbereich der Druckkammer radial außen im Gehäuse befestigt ist. Somit ist eine sichere Lagefixierung des dichtenden Elements im Gehäuse erreicht. Auch ist eine Lösung mit in den Schutzumfang der Erfindung einbezogen, bei welcher der Versteifungsring als Winkelring ausgebildet ist und mit seinen Schenkeln einerseits gegenüber der Stirnseite und andererseits gegenüber der Mantelfläche des Gehäuses festgelegt ist.

Ebenfalls ist es vorgeschlagen, den Axialansatz hohlwandig auszubilden. Denk bar ist jedoch auch eine Ausgestaltung, bei welcher der Axialansatz aus Voll material hergestellt ist.

Ausreichend ist ein Luftpolster mit einer Dicke von etwa 1 mm. Der o. g. Preßsitz des Anschlagelements gegenüber dem Gehäuse sichert das kein eventuelles Nachsaugen des Anschlagelements in den Druckraum bzw. Kleben des Anschlagelements am gegenüberliegenden Bauteil durch entstehenden Unterdruck auftritt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es aufgeführt, daß das im Bereich des Anschlagelements sich ausbildende Luftpolster bei einem Druck im weiteren Druckraum von ca. 0,5 bis 1 bar eliminiert ist. Dies bedeutet, daß der Verstell kolben am Anschlagelement anliegt. Diese Ausgestaltung ist notwendig, um durch den so gebildeten festen Anschlag eine definierte Endposition des Druck kolbens zur Abstimmung der gesamten Vorrichtung zu schaffen auch im Hinblick auf Maßnahmen an der Steuerelektronik.

Wichtig für die Erfindung ist es, daß man die gesamte Endlagendämpfung derart abstimmt, das keine Beeinträchtigung des Reagierens der Verstellvorrichtung durch die Dämpfvorrichtung in ihrem Arbeitsbereich festzustellen ist. Das durch die Dämpfung verlangsamte Reagieren der gesamten Vorrichtung in diesem Bereich ist zu akzeptieren, da bei einer hydraulischen Einspannung nach Wie derbefüllung der gesamten Vorrichtung zum einen ein schnelles "Durchfahren" dieses Bereiches gewährleistet ist, und zum anderen dieser endlagennahe Bereich ohnehin nicht benutzt werden muß, sondern diese Endlage nur für Sonderzustände der Vorrichtung wie Elektronikabgleich und ähnliches inter essant ist. Ggf. kann auch der Gesamtverstellwinkel der Vorrichtung vergrößert werden, um dann in einem Bereich zu arbeiten, welcher nicht in diesem vergrößerten Bereich liegt.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche beschränkt. Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungs beispiel Offenbarten.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer pneumati schen Endlagendämpfung und die

Fig. 2a-f zweckmäßige Ausgestaltungen des Anschlagelements mit angeformtem dichtenden Element.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Verändern der Steuerzeiten einer Brenn kraftmaschine an sich bekannter Bauart. Diese Vorrichtung 1 besteht aus einem über ein nicht dargestelltes Zugmittel im Antriebssinn beaufschlagten Antriebs rad 2. Das Antriebsrad 2 geht radial innen in ein als Ringabschnitt ausgebildetes Antriebselement 3 über. Das Antriebselement 3 weist bei dieser Ausgestaltung eine Innenverzahnung 4 auf, welche mit einer Außenverzahnung 5 einer Hülse 6 kommuniziert. Die Hülse 6 wiederum besitzt eine Innenverzahnung 7, die mit einer Außenverzahnung 8 eines mit der Nockenwelle (nicht dargestellt) verbundenen hohlzylindrischen Abtriebselements 9 verbunden ist.

Stirnseiten 11, 12 eines von der Hülse 6 sich radial nach außen erstreckenden Verstellkolbens 10 begrenzen je eine Druckkammer 13, 14 für Hydraulikmittel. Eine Mantelfläche 15 des Verstellkolbens 10 liegt dichtend und radial außen an einem die Vorrichtung 1 begrenzenden Gehäuse 16 an. Gleichzeitig ist zur axialen Wegbegrenzung des Verstellkolbens 10 axial endseitig in jeder Druck kammer 13, 14 je ein Anschlagelement 17, 18 befestigt. Eine wahlweise Zulei tung von Hydraulikmittel in eine der Druckkammern 13 oder 14 bewirkt eine Axialverschiebung des Druckkolbens 10 und somit eine Relativverstellung des Antriebsrads 2 gegenüber der Nockenwelle, welche fest mit dem Abtriebs element 9 verbunden ist.

Da, wie in der Beschreibungseinleitung dargelegt, bei Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine nach ihrem Stillstand der Verstellkolben 10, hervorgerufen durch die ungleichen Nockenwellenwechselmomente, mit hoher Geschwindig keit in eine Endlage eilt und in dieser Endlage an seinem jeweiligen Anschlag (hier Anschlagelement 17) unter erheblicher Geräuschentwicklung anschlägt, ist es erforderlich, Maßnahmen zur Verminderung dieser Geräuschentwicklung zu schaffen. Hierzu ist es im Bereich des Anschlagelements 17 vorgesehen, die kinetische Energie des Verstellkolbens 10 durch Kompressionsarbeit dieses ab zubauen. Hierfür wird eine pneumatische Endlagendämpfung appliziert. Das Anschlagelement 17 ist einteilig mit einem dichtenden Element 19 verbunden. Dieses dichtende Element 19 ist radial nach außen zum Gehäuse 16 beabstan det und mit einem Axialansatz 20 versehen. Dieser Axialansatz 20 ragt geringfü gig in Richtung der Druckkammer 13. Durch diese Ausgestaltung ist radial nach außen in Richtung zum Gehäuse 16 ein Ringraum 21 gebildet. Eilt nun der Verstellkolben 10 nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine in Richtung zum Anschlagelement 17, welches hier mit dem dichtenden Element 19 mit Axial ansatz 20 versehen ist, bildet sich, nachdem der Verstellkolben 10 unmittelbar vor dem Element 19 verläuft, im Ringraum 21 ein Luftpolster aus. Dieses Luftpolster ist radial nach innen durch den Axialansatz 20 und radial nach außen durch das Gehäuse 16 begrenzt. Eine Abgrenzung in Axialrichtung erfolgt durch das Element 19 bzw. die Stirnseite 11 des Druckkolbens 10. Dieses Luftpolster weist in Axialrichtung gesehen eine Dicke von etwa 1 mm auf, kann jedoch auch in seiner Dicke, je nach gewünschter Dämpfwirkung, variieren. Da nun der Verstellkolben 10 zum Komprimieren der Luft im Rin graum 21 Arbeit verrichten muß, wird somit wirkungsvoll seine Bewegungs energie hauptsächlich in Wärmeenergie umgewandelt. Die eingangs angezeig ten Klappergeräusche sind eliminiert.

Der Axialansatz nach Fig. 1 kann als Ringlippe 22 hergestellt sein. Die Ring lippe 22 liegt dabei zur Ausbildung des Luftpolsters im Ringraum 21 mit ihrer Auswulstung 23 unmittelbar an der Stirnseite 11 des Druckkolbens 10 an. Ein Randbereich 24 der Ringlippe 22 ist dem Druckkolben 10 abgewandt und berührt den stirnseitigen Gehäuseabschnitt 16.

Wie den Fig. 2a, b und d bis f zu entnehmen ist, ist es vorgesehen, das An schlagelement 17 mit einem Versteifungsring 25 auszubilden. Dieser Verstei fungsring 25 ist scheibenförmig ausgebildet und kann gemäß den Fig. 2b und e ebenfalls einen abgewinkelten Ringabschnitt 26 aufweisen, welcher konzentrisch zur Nockenwellenaxiallinie verläuft.

Das dichtende Element 19 ist gemeinsam mit seinem Versteifungsring 25 in eine Bohrung 27 des Gehäuses 16 eingepreßt. Hierdurch ist eine lagesichere Arretie rung der gesamten Anschlagvorrichtung im Gehäuse 16 geschaffen.

Denkbar ist ebenfalls eine Kombination der aus den Fig. 2a bis f hervor gehenden Gestaltungsmöglichkeiten für das dichtende Element 19.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Antriebsrad
3 Antriebselement
4 Innenverzahnung
5 Außenverzahnung
6 Hülse
7 Innenverzahnung
8 Außenverzahnung
9 Abtriebselement
10 Verstellkolben
11 Stirnseite
12 Stirnseite
13 Druckkammer
14 Druckkammer
15 Mantelfläche
16 Gehäuse
17 Anschlagelement
18 Anschlagelement
19 Element
20 Axialansatz
21 Ringraum
22 Ringlippe, Ring
23 Auswulstung
24 Randbereich, Ringbereich
25 Versteifungsring
26 Ringabschnitt
27 Bohrung
28 Stirnseite

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, die innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer Nockenwelle, vorzugs weise an einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden An triebsrad (2), angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) einen über Hydraulik mittel axial verschiebbaren Verstellkolben (10) aufweist, dessen Stirnseiten (11, 12) je eine Druckkammer (13, 14) begrenzen und dessen Mantelfläche (15) an einem die Druckkammern (13, 14) radial nach außen begrenzenden Gehäuse (16) dichtend anliegt, wobei der Verstellkolben (10) mit zwei, bevorzugt gegen läufig, schrägverzahnten Abschnitten (5, 7) versehen ist, von denen der erste Abschnitt (5) mit einer korrespondierenden Verzahnung (4) eines mit dem Antriebsrad (2) verbundenen Antriebselements (3) und der zweite Abschnitt (7) mit einer Verzahnung (8) eines mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebs elements (9) kommuniziert und wobei für eine axiale Wegbegrenzung des Verstellkolbens (10) je ein Anschlagelement (17, 18) in beiden Druckkammern (13, 14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine pneumatische Endlagendämpfung für den Verstellkolben (10) in der Druckkammer (13) vorgesehen ist, in deren Richtung der Verstellkolben (10) nach einem Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine verschoben wird,
- daß die pneumatische Endlagendämpfung durch Ausbildung eines Luftpol sters unmittelbar vor Erreichen der maximalen Verstellposition des Verstell kolbens (10) zwischen einander zugewandten Stirnseiten (28, 11) von An schlagelement (17) und Verstellkolben (10) hergestellt ist,
- daß das Anschlagelement (10) gemeinsam mit einem dichtenden Element (19) aus einem elastischen bzw. polymeren Werkstoff ausgebildet ist, wel ches dichtende Element (19) mit seinem Axialansatz (20) geringfügig in die Druckkammer (13) ragt, wobei der Axialansatz (20) radial nach außen zum Gehäuse (16) beabstandet ist, so daß zwischen Axialansatz (20) und Gehäuse (16) ein Ringraum (21) für das Luftpolster gebildet ist und
- daß der Axialansatz (20) als umlaufende(r) Ringlippe (22) bzw. Ring ausgebil det ist, deren (dessen) der Druckkammer (13) zugewandte Auswulstung (23) unmittelbar mit der Stirnseite (11) des Druckkolbens (10) kommuniziert und mit ihrem (seinem) der Druckkammer (13) axial abgewandten Rand- bzw. Ringbereich (24) am Gehäuse (16) anliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstei fungsring (25) vorgesehen ist, welcher vom Anschlagelement (17) zumindest partiell umspritzt bzw. umschlossen ist, wobei dieser Versteifungsring (25) radial außen im axialen Endbereich der Druckkammer (13) im Gehäuse (16) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstei fungsring (25) axial dem Ringraum (21) abgewandt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstei fungsring (25) im Gehäuse (16) über Preßsitz arretiert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ring (22) ausgebildete Axialansatz (20) hohlwandig hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftpolster eine Dicke von ca. 1 mm aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck an hydraulischem Mittel in dem weiteren Druckraum (14) von ca. 0,5 bis 1 bar das Luftpolster zwischen Verstellkolben (10) und Anschlagelement (17) eliminiert ist, so daß der Verstellkolben (10) am Anschlagelement (17) anliegt.