DE19546103A1

DE19546103A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19546103A1
Application number: DE19546103A
Authority: DE
Inventors: Doris Dipl Ing Greiner; Dieter Goppelt
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-06-12
Also published as: WO1997021908A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, die innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer Noc kenwelle, vorzugsweise zwischen dieser und einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad angeordnet ist, bestehend aus einem über hydraulische Mittel axial verschiebbaren hülsenartigen Verstellelement, welches zwei verzahnte Abschnitte aufweist, wobei der erste Abschnitt mit einer Verzahnung eines mit dem Antriebsrad verbundenen Antriebselements und der zweite Abschnitt mit einem mit der Nockenwelle verbundenen An triebselement zusammenwirkt.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 335 083 B1 vor bekannt. Von Nachteil dabei ist, daß dieses hülsenartige Verstellelement, auch Verstellkolben genannt, aus einer Stahllegierung gefertigt ist. Ein solch stählerner Verstellkolben ist aufgrund seiner erforderlichen Verzahnung nur aufwendig her stellbar, hat ein hohes Gewicht und zeigt bei Betreiben eine gewisse Geräusch entwicklung.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verstellelement für eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß das hülsenartige Verstellelement aus einem polymeren Kunststoff hergestellt ist.

Unter Kunststoffen sind dabei in bekannter Weise makromolekulare, ganz oder teilweise durch Synthese entstandene und im wesentlichen organische Materia lien zu verstehen, deren Eigenschaften in erster Linie auf ihrem strukturellen Aufbau und dem Grad der Vernetzung und erst in zweiter Linie auf der chemi schen Zusammensetzung beruhen.

Derartige Kunststoffe lassen sich durch wirtschaftliche Fertigungsverfahren, wie beispielsweise das Spritzgießen in einem einzigen Fertigungsschritt in einen beliebig geformten Gegenstand, auch mit sehr komplizierter Geometrie, um wandeln. Dessen Herstellungskosten liegen gegen über einer konventionellen Herstellung aus Stahl nur bei etwa 20 bis 30%.

Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ist die geringe Dichte von Kunststoffen, die mit Werten von etwa 0,9 bis 2,3 g/cm³ wesentlich unter der von Stahl liegt und somit erheblich zur Gewichtsreduzierung beiträgt.

Ein zusätzlich weiterer Vorteil gegenüber Stahl ist die dämpfende Wirkung von Kunststoff. Die Dämpfung beruht auf Umwandlung periodisch zugeführter Energie in eine andere Energieform. Hierbei wird die Fähigkeit der Kunststoffe ausgenutzt, bei Wechselbeanspruchung einen Teil der mechanischen Schwin gungsenergie in Wärme umzusetzen und so zum ruhigeren Lauf der Verstell einrichtung beizutragen.

Ein anderer Vorteil von Kunststoffen ist deren niedrigerer Elastizitätsmodul gegenüber Metallen. Dadurch wird es möglich, daß herstellungsbedingte Tole ranzschwankungen besser kompensiert werden können und bei der erforderli chen Verzahnung des Verstellkolbens nicht so enge Toleranzen erforderlich sind, wie sie Metallverzahnungen erfordern.

Nach den Ansprüchen 2 und 3 ist vorgesehen, daß der Kunststoff ein Duroplast bzw. ein Thermoplast ist. Duroplaste sind der Oberbegriff für eine Gruppe von in der Regel harten, amorphen und bis zur Zersetzungstemperatur starren Kunststoffen, die aus räumlich engmaschig vernetzten Makromolekülen aufge baut sind und deshalb hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Sie stellen bei niederen Temperaturen stahlelastische Stoffe dar, die auch bei hohen Tempera turen nicht viskos fließen, sondern sich bei sehr begrenzter Deformierbarkeit elastisch verhalten. Thermoplastische Kunststoffe sind synthetische hochmoleku lare Stoffe, deren einzelne Molekülketten nicht durch chemische Bindungen miteinander verknüpft sind. Ihr typisches Kennzeichen besteht darin, daß sie bei Erhöhung der Temperatur nach Überschreiten ihres Erweichungspunktes weich werden und bei Abkühlung wieder erhärten.

Aus Anspruch 4 geht hervor, daß der Kunststoff mit Glasfasern verstärkt sein soll. Dabei werden die Kunststoffe mit Glaskurzfasern von weniger als 1 mm oder mit Glasfasern bis zu etwa 3mm Länge ausgerüstet. Derartig verstärkte Thermoplaste werden zunehmend im technischen Sektor verwendet. Sie können beispielsweise im Spritzgießverfahren verarbeitet werden, haben eine höhere Steifheit und höhere Erweichungstemperaturen als Ausgangsthermoplaste.

Schließlich soll nach Anspruch 5 der Kunststoff ein Polyurethan sein. Polyure than eignet sich besonders, da es bis 180°C temperaturbeständig, sehr alte rungsbeständig und stabil gegen Öl ist.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur zeigt einen Nockenwellenversteller im Längsschnitt mit erfindungsgemäßem Verstellelement.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung 1 zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine. Diese Vorrichtung 1 ist innerhalb eines Steuertriebs für eine nicht dargestellte Nockenwelle und ein mit der Nockenwelle in An triebsverbindung stehendes Antriebsrad 2 angeordnet. Ein konzentrisch zur Nockenwellenachse X an geordnetes, axial verschiebbares und einteiliges Ver stellelement 3 weist hierzu an seiner inneren Mantelfläche zwei gegenläufig angeordnete, schräg verzahnte Abschnitte 5, 6 auf. Der erste Abschnitt 5 des Verstellerelements 3 wirkt mit einem als Hülse ausgebildeten Antriebselement 7 zusammen. Dieses Antriebselement 7 ist drehbar auf einer Nabe 8 eines Abtriebselements 9 angeordnet. Das Antriebselement 7 ist mit einem Flansch 10 verbunden. Mit diesem Flansch 10 ist das Antriebsrad 2 verschraubt. Auf dieses Antriebsrad 2 wirkt ein ebenfalls nicht dargestellter Steuerriemen. Der zweite schräg verzahnte Abschnitt 6 des Verstellelements 3 ist in einer komplementä ren Außenverzahnung 11 des Abtriebselements 9 angeordnet. Das Abtriebs element 9 ist wie oben ausgeführt, mit einer nicht dargestellten Nockenwelle drehfest verbunden.

Von einer Außenmantelfläche 12 des Verstellelementes 3 erstreckt sich senk recht zur Nockenwellenachse X eine einteilig mit dem Verstellelement 3 ver bundene Kolbenplatte 13. Durch Stirnflächen 14, 15 der Kolbenplatte 13 und durch die Innenfläche 16 des Blechzylinders 17 sind Druckräume 18, 19 für hydraulische Mittel begrenzt. In Axialrichtung ist die Kolbenplatte 13 durch eine konzentrische Druckfeder 20 beaufschlagt. Dieses stützt sich einerseits an der nokenwellenseitigen Stirnfläche 14 der Kolbenplatte 13 und andererseits am Flansch 10 ab. Während der erste Druckraum 18 wird durch eine Druckmittel einleitung 21 mit hydraulischem Mittel versorgt wird, erfolgt dies beim zweiten Druckraum 19 durch weitere Druckmitteleinleitung 22.

Der Verstellkolben 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine wurde im vorliegenden Fall aus Polyure than gefertigt. Bei Betreiben der Verstellvorrichtung ergeben sich die in der Patentbeschreibung aufgeführten Vorteile.

In bekannter Weise wird die gewünschte Relativverstellung der Nockenwelle in bezug auf das Antriebsrad 2 durch eine hydraulische Verstellung des Verstell kolbens 3 realisiert. Hierzu wird über die Druckmittelleitung 21, die im Ab triebselement 9 verlaufen kann und sich entlang der Stirnseite des Abtriebs elementes in den ersten Druckraum 18 erstreckt, die Stirnfläche 15 der Kolben platte 13 mit hydraulischen Druck beaufschlagt (Ausgangszustand siehe untere Bildhälfte). Durch die mit verschiedenen Schrägungswinkeln verzahnten Ab schnitte 5, 6, die mit komplementären Außenverzahnungen 23, 11 des Antriebs elementes 7 und des Abtriebselementes 9 in Eingriff stehen, wird bei einer axialen Verschiebung des Verstellkolbens 3 zugleich eine Verdrehung des Antriebs- zu dem Abtriebselement 7, 9 erzielt. Da beide Elemente 7, 9 mit den entsprechenden Steuertriebskomponenten wie Antriebsrad 2 und nicht darge stellter Nockenwelle verbunden sind, ist eine Phasenverschiebung, beispiels weise in Richtung frühes Öffnen und frühes Schließen der Ventile, gegeben.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Antriebsrad
3 Verstellelement
4 innere Mantelfläche
5 Abschnitt
6 Abschnitt
7 Antriebselement
8 Nabe
9 Abtriebselement
10 Flansch
11 Außenverzahnung
12 Außenmantelfläche
13 Kolbenplatte
14 Stirnfläche
15 Stirnfläche
16 Innenfläche
17 Blechzylinder
18 Druckraum
19 Druckraum
20 Druckfeder
21 Druckmittelleitung
22 Druckmittelleitung
23 Außenverzahnung

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, die innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer Nockenwelle, vorzugs weise zwischen dieser und einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2) angeordnet ist, bestehend aus einem über hydrauli sche Mittel axial verschiebbaren, hülsenartigen Verstellelement (3), welches zwei verzahnte Abschnitte (5, 6) aufweist, wobei der erste Abschnitt (5) mit einer Verzahnung (23) eines mit dem Antriebsrad (2) verbundenen Antriebs elements (7) und der zweite Abschnitt (6) mit einem mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebselement (9) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenartige Verstellelement (3) aus einem polymeren Kunststoff herge stellt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Duroplast ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Thermoplast ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit Glasfasern verstärkt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyurethan ist.