DE19611365A1 - Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle nach der im Ober­ begriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Verstellvorrichtungen dieser Art sind z. B. aus der DE 38 10 804 C2 und der DE 39 07 077 C2 bekannt. Zu­ sätzlich zu der elektromagnetischen Verstellung des Stellkolbens wird dieser hydraulisch durch ein 4/2-Ventil verstellt. Die Verstellbuchse, über die die re­ lative Winkelverstellung der Nockenwelle erfolgt, ist dabei über eine Flanschverbindung mit einem Flansch der Nockenwelle verbunden.

Die vorbekannten Verstellvorrichtungen sind zwar im Vergleich zu Verstellvorrichtungen, die ein externes Ventil aufweisen, relativ kompakt, allerdings weisen sie noch einige Nachteile auf. So ist z. B. die Montage der Einzelteile umständlich. Durch den Flansch an der Nockenwelle ist diese relativ aufwendig herzustellen und damit teuer. Darüber hinaus treten hohe Biege­ spannungen am Übergang vom Flansch zur Nockenwelle zu dem Nockenwellen-Schaft auf. Außerdem wird relativ viel Bauraum in axialer Richtung benötigt, insbeson­ dere durch einen großen Übergangsradius zwischen dem Flansch und dem Nockenwellen-Schaft.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art weiter zu verbessern, insbesondere eine noch kompak­ tere Bauweise bei relativ geringem Aufwand zu schaf­ fen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine sehr kom­ pakt bauende Vorrichtung erreicht. Dies gilt insbeson­ dere für eine geringe Bauhöhe in radialer Richtung. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ einfach in der Montage. Dadurch, daß der Flansch an der Nockenwelle entfällt, kann diese ko­ stengünstiger hergestellt werden. Darüber hinaus er­ geben sich damit keine Probleme bezüglich Biegespan­ nungen.

Die erfindungsgemäße Zentralschraube erfüllt drei Funktionen. Zum einen stellt sie die Verbindung der Verstellvorrichtung zur Nockenwelle her und zum ande­ ren nimmt sie die Ventilfunktion wahr, denn der Steu­ erkolben ist in einer Bohrung des Schraubenschaftes angeordnet. Darüber hinaus kann die Zentralschraube auch zur Aufnahme und zur Positionierung aller Einzel­ teile der Verstellvorrichtung dienen.

Durch die Kompaktheit der Verstellvorrichtung, insbe­ sondere des geringeren Bauraumes in radialer Richtung, wird erreicht, daß das zur Verstellung erforderliche Ölvolumen relativ gering ist, wodurch kürzere Stell­ zeiten erreicht werden. Die Rückstellung der Vorrich­ tung in die Grundstellung erfolgt alleine mit einer Feder. Dadurch kann das Ventil vereinfacht werden. Insbesondere ist es deshalb möglich, lediglich ein Ventil mit einer 3/2-Funktion vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet auch eine hö­ here Flexibilität bezüglich der Variation des Ver­ stellbereiches.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Winkel­ verstellung der Nockenwelle in einem Längs­ schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1 (Teilschnitt),

Fig. 3 eine Einrichtung zur Zentrierung des Magneten über den Anker,

Fig. 4 eine Vorrichtung in abgewandelter Bauart,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in der Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der diese antreibenden Kurbelwelle in einer Gesamtdarstellung. Ein Antriebs­ zahnrad 1 sitzt auf einer mit einer Innenverzahnung 2 versehenen Antriebshülse 3. Über eine Außenverzahnung 4 ist ein mit einer Ölbohrung 5 versehener ringförmi­ ger Stellkolben 6 axial verschiebbar und verdrehbar im Inneren der Antriebshülse 3 angeordnet.

Der Stellkolben 6 weist an seiner inneren Umfangswand ebenfalls eine Verzahnung 7 auf, durch die er eben­ falls axial verschiebbar und verdrehbar über eine wei­ tere Außenverzahnung 8 mit einer Verstellbuchse 9 ver­ bunden ist.

Eine, in der Fig. 1 nur teilweise dargestellte, Nockenwelle 10 ist mit einer koaxial zur Nockenwellen­ längsachse verlaufenden zentralen Bohrung 11 versehen. Die Bohrung 11 ist als Gewindebohrung ausgebildet, in die eine zentral gelegene Schraube 12 mit einem hohlen Schraubenschaft 13 und einem Schraubenkopf 14 einge­ schraubt ist. Neben einer zentralen Längsbohrung 15, durch die eine Verbindung mit einem nicht dargestell­ ten Tank T herstellbar ist, weist die Zentralschraube 12 eine Bohrung 16 auf, in der ein Steuerkolben 17 verschiebbar ist. Der Steuerkolben 17 ist durch eine in einer Stufenbohrung mit geringem Durchmesser ange­ ordnete Feder 18 vorgespannt.

Auf der von der Nockenwelle 10 abgewandten Seite ist der Steuerkolben 17 mit einem Betätigungsstift 19 ver­ sehen, auf dem ein Anker 20 befestigt ist. Der Anker 20 arbeitet mit einem maschinenfesten Elektromagneten 21 zusammen, der durch Schrauben 22 in seine Lage po­ sitioniert wird.

Über einen nicht dargestellten Anschluß ist der Elek­ tromagnet 21 mit einem ebenfalls nicht dargestellten Steuergerät elektrisch verbunden. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromagneten 21 durch das Steuergerät wird der rotierende Anker 20 in Rich­ tung des Elektromagneten 21 bewegt und bringt dadurch den fest mit ihm verbundenen Steuerkolben 17 gegen die Kraft der Feder 18 aus seiner Grundstellung nach rechts in die Arbeitsstellung, wobei eine Steuerkante 43 geöffnet und eine Rücklaufsteuerkante 44 geschlos­ sen wird. Durch diese Bewegung wird eine Verbindung mit einer Pumpe P über eine Bohrung 23 in der Nocken­ welle 10, einer weiteren Axialbohrung 24 in der Ver­ stellbuchse 9, durch aufgrund einer ellipsenförmigen Bohrform in der Verstellbuchse 9 gebildeten sichel­ förmige Druckräume 27 und 28, vier Radialbohrungen 42 in der Zentralschraube 12, einer Radialbohrung 26, einen umlaufenden Kanal 25 und die Ölbohrung 5 mit einem Kolbenraum 30 des Stellkolbens 6 geschaffen.

In der Fig. 1 ist teilweise gestrichelt der Stellkol­ ben 6 in der Endarbeitsstellung dargestellt. Die Rück­ stellung des Stellkolbens 6 in die Grundstellung wird durch die Rückstellkraft einer Rückstellfeder 31 er­ reicht. Ausgleichsbohrungen 32 sorgen dafür, daß sich in dem Raum, in dem die Feder angeordnet ist, kein Druck aufbaut bzw. ein Druckausgleich hergestellt wird. Der Druckmittelablauf aus dem Kolbenraum 30 er­ folgt über eine Steuerkante 44, einem Ölkanal 29, ei­ ner Querbohrung 47 in dem Steuerkolben 17 und der Längsbohrung 15 zum Tank T. Die Vorrichtung ist auf der von der Nockenwelle 10 abgewandten Seite mit einem Deckel 46 versehen.

Bei der Verstellung des Stellkolbens 6 aus der Grund­ stellung in die Arbeitsstellung erfolgt aufgrund der Schrägverzahnungen 2, 4 und 7, 8 eine Winkelverstellung der Nockenwelle 10. Da diese Funktion und die Verstel­ lung allgemein bekannt sind, wird an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen. Nur beispielsweise wird hierzu auf die eingangs genannten beiden Patent­ schriften verwiesen.

Die Anordnung von insgesamt vier Radialbohrungen 42 ist deshalb notwendig, um sicherzustellen, daß ein Öl­ fluß nach dem Einschrauben der Zentralschraube 12 in die Nockenwelle 10 gegeben ist, da ja dessen genaue Endstellung aufgrund des Gewindes nicht festliegt. Durch die vier Radialbohrungen 42 ist auf jeden Fall sichergestellt, daß Öl von dem Ölraum 28 über eine der beiden unteren Radialbohrungen 42 in den Innenraum und von da aus über die beiden oberen Radialbohrungen 42 in den Ölraum 27 zur Weiterleitung gelangen kann.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Antriebshülse 3 mit einem Mitnehmerzahn 33 versehen ist, der stirn­ seitig aus der Antriebshülse 3 in Richtung auf die Nockenwelle 10 ragt. Die Verstellbuchse 9 ist über der äußeren Umfangswand mit einer randoffenen Ausnehmung 34 versehen, in die der Mitnehmerzahn 33 ragt. In der Spätstellung bzw. der Grundstellung der Nockenwelle 10 bildet diese Einrichtung durch eine Anlage des Mitneh­ merzahnes 33 an einem Umfangsanschlag 35 der Ausneh­ mung 34 eine Wegbegrenzung für den Stellkolben 6.

In der Frühstellung der Nockenwelle erfolgt die Wegbe­ grenzung durch einen Axialanschlag 36 des Stellkolbens 6 an der Verstellbuchse 9.

Wie aus der Fig. 1 weiter ersichtlich ist, sind die Antriebshülse 3, der Stellkolben 6 und die Verstell­ buchse 9 zwischen dem Schraubenkopf 14 und der Stirn­ seite oder einem stirnseitigen Anschlag der Nockenwel­ le 10 positioniert.

Wie weiterhin aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Anker 20 auf seiner von der Nockenwelle 10 abgewandten Stirnseite mit einer zentralen Einstellbohrung 37 ver­ sehen. Ein nicht magnetisches Abdeckblech als Deckel 38 des Elektromagneten 21 ist ebenfalls mit einer mit der Bohrung 37 fluchtenden Bohrung versehen. Bei der Montage wird zur Positionierung und zur exakten Zen­ trierung des Magneten 21 zum Anker 20 in die Bohrung des Deckels 38 und des Ankers 20 ein Montagestift 39, der an einem Rändelhalter 40 angeordnet ist, einge­ führt. Aufgrund der konzentrischen Bohrung 37 kann damit der Magnet 21 exakt positioniert durch die Schrauben 22 befestigt werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß man einen sehr engen Luftspalt zwischen dem Anker 20 und dem Magneten 21 einstellen kann, wodurch bei Beibehaltung einer gewünschten Mag­ netkraft eine deutliche Verringerung der Magnetgröße und damit eine Bauraumreduzierung und Kostenersparnis eintritt. Nach dieser Montagehilfe durch den Montage­ stift 39 wird diese nach einem Festschrauben des Ma­ gneten 21 entfernt und das verbleibende Loch in dem Deckel 38 mit einem Kunststoffpfropfen 41 (siehe Fig. 1) verschlossen.

Aus den Fig. 4 und 5 ist eine Abwandlung der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausgestaltung ersichtlich. Grundsätzlich ist sie jedoch von fast gleichem Aufbau und nahezu gleicher Funktionsweise weshalb zur Verein­ fachung alle Bezugszeichen, bis auf diejenigen, die die Abwandlung betreffen, weggelassen worden sind.

Während gemäß Fig. 1 bis 3 der Deckel 46 und die Zen­ tralschraube 12 mit dem Schaft 13 getrennte Teile sind, sind sie gemäß Fig. 4 und 5 ein einteiliges Bau­ element. Der Ölrücklauf zum Tank T erfolgt dabei über stirnseitig in mit dem Schaft 13 verbundenen Deckel 46 angeordneten Bohrungen 45.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der diese antreibenden Kur­ belwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle drehfest an­ geordneten Verstellbuchse, mit einer die Verstell­ buchse umgebenden Antriebshülse, die mit einem Antriebszahnrad verbunden ist, ferner mit einem zwischen der Antriebshülse und der Verstellbuchse verschiebbar angeordneten Stellkolben zur Relativ­ verstellung der Verstellbuchse/Nockenwelle gegen­ über der Antriebshülse/Antriebszahnrad, mit einem Steuerkolben zur Betätigung des Stellkolbens in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brenn­ kraftmaschine, und mit einer Schraubverbindung zur Befestigung von mindestens der Verstellbuchse und Antriebshülse an der Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverbindung eine Schraube (12) mit einem hohlen Schaftteil aufweist, die in eine koaxial zur Nockenwellenlängsachse angeordnete Gewindeboh­ rung (11) in die Nockenwelle (10) einschraubbar ist, wobei der Steuerkolben (17) in einer Bohrung (16) des Schraubenschaftes (13) der Schraube (12) verschiebbar angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebshülse (3), der Stellkolben (6) und die Verstellbuchse (9) zwischen dem Schraubenkopf (14) der Schraube (12) und einem stirnseitigen Anschlag der Nockenwelle (10) positioniert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (12) mit wenigstens vier über den Umfang verteilt angeordneten Radialbohrungen (42) zur Druckmittelführung versehen ist, und daß die Verstellbuchse (9) in dem die Radialbohrungen um­ gebenden Bereich mit Druckräumen (27, 28) versehen ist, die durch eine ovale oder ellipsenförmige Bohrung gebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellweg der Nockenwelle (10) in Grundstel­ lung durch einen stirnseitig aus der Antriebshülse (3) vorragenden Mitnehmerzahn (33), der in eine Umfangsaussparung der Verstellbuchse (9) ragt, be­ grenzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Magnetzentrierung relativ zum Anker während der Montage der Anker (20) mit einer zentralen stirnseitigen Einstellbohrung (37) fluchtend zu einer Bohrung im Magneten versehen ist, in die ein Montagestift (39) einführbar ist.