DE19616266A1

DE19616266A1 - Verdrehsicherung für Dichtringe einer Nockenwellenverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE19616266A1
Application number: DE1996116266
Authority: DE
Inventors: Juergen Schimkat
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-10-30

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine gaswechselventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur stufenlosen Änderung von Drehlagen einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, wobei die Einrichtung einen hydraulisch, axial verschiebbaren Stellkolben aufweist, der in einem Gehäuse abgedichtet geführt, zwei mit Druckmittel beaufschlagbare Druckkammern begrenzt, die in Ab hängigkeit von der Stellung eines Steuerelementes wechselweise mit einem Druckmittelzufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar sind und der Stell kolben über einen Abschnitt verfügt, der mit einer gegenläufig schräg verzahn ten Innen- und Außenverzahnung versehen ist und diese Verzahnungen mit entsprechend gegenverzahnten Abschnitten korrespondieren, welche drehfest mit einem Antriebsrad bzw. mit der Nockenwelle verbunden sind und der Einrichtung Druckmittel vom Steuerelement über Druckmittelführungen in einem Endabschnitt der Nockenwelle und/oder einem die Nockenwelle im Endbereich koaxial umschließenden Adapter zuströmt.

Hintergrund der Erfindung

Ein gattungsbildender Stand der Technik ist der DE-A 42 18 082 zu entnehmen, die ein Nockenwellen-Verstellelement zeigt, dem das zur Verstellung erforderli che Druckmittel über einen als Anschlußplatte bezeichneten Adapter zuströmt, der zwischen einer Stirnfläche des Zylinderkopfes und dem Verstellelement angeordnet ist. Das Druckmittel strömt dabei über ein separat angeordnetes Steuerventil in Zuführbohrungen der Anschlußplatte und wird dann im Bereich eines Nockenwellenendzapfens rechtwinkelig zum Verstellelement umgeleitet. Zur Abdichtung der druckmittelführenden Kanäle dienen mit einer Sprengfuge versehene Stahldichtringe, die in einer Umlaufnut einer drehfest mit dem Nockenwellen-Endzapfen verbundenen Buchse eingesetzt sind und die an einer Innenwandung der zentrischen Aufnahmebohrung der Anschlußplatte dichtend anliegen. Bei dieser Abdichtung kann es dazu kommen, daß die mit einer Trennfuge versehenen Dichtringe mit dem Adapter rotieren, wodurch sich diese über die radiale Anlagefläche, dem Außenumfang in die Bohrungswandung des Anschlußstückes eingraben. Dieses nachteilige Verhalten kann auftreten durch einen Reibschluß zwischen dem Dichtring und den Seitenwandungen der Ringnut des Adapters, aufgrund des im Ringkanal herrschenden Drucks, falls dieser größer ist als die radiale Vorspannung, des Dichtrings mit der sich dieser an der Bohrungswandung des Anschlußstücks abstützt. Durch das Eingraben des Dichtrings in das Anschlußstück können beispielsweise Abtriebspäne freigesetzt werden, die bei Eintritt in die Verstelleinrichtung eine Funktionsstörung aus lösen können. Weiterhin bedingt das Eingraben ein radiales Aufweiten des Dichtrings, wodurch sich die Trennfuge, und damit der Leckspalt des Dichtrings vergrößert. Außerdem kann eine Verlagerung der Trennfuge durch Verdrehen der Dichtringe zu einem Druckmittelverlust aus den Druckräumen bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine führen, wodurch der Verstellkolben in der Startphase der Brennkraftmaschine keine ausreichende hydraulische Vorspan nung erfährt und so der Verstellkolben ungehindert an einen Endanschlag schlagen kann, verbunden mit einer nachteiligen Geräuschentwicklung.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde für eine Nockenwellenverstelleinrich tung, eine bauraumoptimierte Druckmittelführung zu schaffen sowie eine verbesserte Abdichtung mittels Dichtringen zwischen einem rotierenden und einem stillstehenden Bauteil zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 wird die Aufgabe gelöst. Dazu ist ein unmittelbar auf der Nockenwelle angeordneter Adapter vorgesehen, der auf der von der Verstelleinrichtung abgewandten Seite innerhalb des Zylinderkopfes in eine Aufnahmebohrung eines einstückig mit dem Steuerelement verbundenen, den Adapter teilweise koaxial umschließen den Anschlußstück eingesetzt ist. Der Adapter weist in diesem Bereich axial beabstandete Ringflansche auf, zwischen denen sich Ringkanäle bilden und zur Abdichtung jeder Ringflansch mit einer Ringnut versehen ist zur Aufnahme eines geschlitzten Dichtrings, der mittels einer im Anschlußstück formschlüssig eingesetzten Verdrehsicherung alle Dichtringe im Bereich einer Trennfuge lagepositioniert. In vorteilhafter Weise ist der erfindungsgemäße Adapter ein schließlich dem Steuerelement, welches einteilig mit dem Anschlußstück ver bunden ist, innerhalb des Zylinderkopfes angeordnet, wodurch diese zu einer Einheit komplettierbaren Bauteile bauraumoptimiert anzuordnen sind.

Zur Verbesserung der Abdichtung in der Steckverbindung zwischen dem Adap ter und dem Anschlußstück sind lagepositionierte Dichtringe vorgesehen. Dazu ist im Anschlußstück eine Verdrehsicherung eingesetzt, mit der alle Dichtringe im Bereich einer Trennfuge gehalten sind. Diese Maßnahme verhindert wir kungsvoll, daß die Dichtringe gemeinsam mit dem Adapter rotieren, was die Abdichtung entscheidend verbessert, da ein Druckmittelverlust aus den Druck kammern bei stillstehender Brennkraftmaschine unterbleibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die Ansprüche 2 bis 11.

Zur Funktionsverbesserung der Abdichtung sieht die Erfindung vor, die Ver drehsicherung in der Einbaulage der erfindungsgemäßen Einrichtung an höchster Stelle, vorzugsweise in der 12 Uhr-Stellung anzuordnen. Durch diese Positionie rung wird ein Leerlaufen der Druckkammern der Verstelleinrichtung wirksam verhindert. In der Startphase der Brennkraftmaschine sind folglich die Druck kammern schneller befüllt zur Sicherstellung einer hydraulischen Vorspannung des Stellkolbens, damit kann es so nicht zu einer unkontrollierten Axialbe wegung des Stellkolbens kommen, verbunden mit einem hochfrequenten An schlagen an das Gehäuse, das sich verschleißfördernd auswirkt und eine nach teilige Geräuschemission auslöst.

Zur Verhinderung eines Druckmittelrücklaufs bei Stillstand der Brennkraftma schine ist außerdem in den Zuführkanälen jeweils ein Rückschlagventil einge setzt. Eine bevorzugte Ausbildung der Verdrehsicherung sieht ein kammartig gestaltetes Bauteil vor, das in einer axial zur Nockenwellenachse im Anschluß stück eingebrachten Ausnehmung eingesetzt ist. Die Verdrehsicherung ist dabei mit einteilig, radial vorstehenden Ansätzen versehen, deren axiale Beabstandung übereinstimmt mit der Einbaulage der Dichtringe im Adapter. Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache Vormontage, d. h. nach übereinstimmender Ausrich tung der Trennfuge von allen Dichtringen erfolgt ein Einlegen der Verdrehsiche rung in die Trennfuge, bevor der Adapter in das Anschlußstück eingesetzt wird. Als Einbauhilfe bietet es sich dazu an, die Verdrehsicherung zu magnetisieren, damit diese bei der Montage verliergesichert am Adapter haftet und sicher in die Ausnehmung des Anschlußstückes eingefügt werden kann. Erfindungsgemäß ist die Verdrehsicherung an beiden Stirnseiten mit konischen Anformungen versehen, die eine Montagehilfe darstellen.

Zur Schaffung einer kostengünstigen Verdrehsicherung kann diese aus einem Flachkantprofil gestanzt werden, das zur Erreichung einer vereinfachten Monta ge an zumindest einer Stirnseite eine konische Anfasung aufweist zur verein fachten Einführung in die Ausnehmung des Anschlußstücks. Zur Erreichung eines verwechselungsfreien Einbaus, d. h. die Verdrehsicherung bedarf beim Einbau keiner Lageorientierung, ist die Verdrehsicherung an beiden Endseiten gleich gestaltet, d. h. gleiche oder keine Überstände.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Verdrehsicherung kann weiterhin ein trapezartiges Querschnittsprofil aufweisen, das zur Verbesserung einer form schlüssigen Halterung im Anschlußteil führt. Alternativ bietet es sich an, eine Verdrehsicherung mit einem T-förmigen Querschnittsprofil auszuführen. Die Erfindung schließt außerdem weitere Querschnittsformen ein, die sich für eine wirksame formschlüssige Sicherung eignen.

Zur Erreichung einer abgestimmten Werkstoffpaarung zwischen der Verdrehsi cherung und dem Anschlußstück ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Ver drehsicherung aus einem die Festigkeitsanforderungen erfüllenden Werkstoff wie beispielsweise Stahl, Nichteisenmetall oder verstärktem Kunststoff herzustel len.

In vorteilhafter Weise ist im Anschlußstück im Bereich der Ausnehmung auf der zur Einrichtung weisenden Seite eine Verliersicherung vorgesehen, die nach Montage der Verdrehsicherung diese in der Einbaulage sichert. Diese Verliersiche rung bietet sich insbesondere für Verstellvorrichtungen an, die vorkomplettiert in eine Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Die Verliersicherung kann außerdem im nicht eingebauten Zustand der Nockenwellenverstelleinrichtung als Transportsicherung genutzt werden, mit der die vormontierten Bauteile:
Anschlußstück, Adapter und Verliersicherung als separate Baueinheit der Monta ge der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Zur Schaffung einer kosten günstigen Verliersicherung ist im Bereich der Ausnehmung stirnseitig an der Einführseite der Seitenwandung eine spanlos angeformte, die Breite der Aus nehmung reduzierende Haltenase vorgesehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in fünf Figuren dargestellt, die nachfolgend erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in einem Längsschnitt;

Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung die Einzelheit "X" aus Fig. 1;

Fig. 3 in einem Teilschnitt die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß der Schnittlinie I-I gemäß Fig. 2;

Fig. 4 die Einzelheit "Y" aus Fig. 3 in einem vergrößerten Maßstab;

Fig. 5 ein Detail entlang der Linie II-II gemäß Fig. 4.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist eine Einrichtung 1 bekannter Bauart dargestellt, mit der eine stufenlose Änderung von Drehlagen einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbel welle erreichbar ist. Die Einrichtung 1 erfährt einen Antrieb über ein Antriebs rad 3, welches mit einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Kurbelwelle durch einen Zugmitteltrieb verbunden ist. Das Antriebsrad 3 ist einstückig mit einem Ab schnitt 4 versehen, das eine schrägverzahnte Innenverzahnung aufweist und über diese mit einem entsprechend außen verzahnten Abschnitt 5 eines Stell kolbens 6 in Eingriff steht. Der zylindrisch ausgebildete Abschnitt 5 verfügt außerdem über eine innen angeordnete Schrägverzahnung, die mit einem entsprechend außen verzahnten Abschnitt 7 kämmt. Der Abschnitt 7 ist Teil eines Zwischengliedes 8, welches über eine Verschraubung 9 drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist. Der Stellkolben 6 ist in einem Gehäuse 10 geführt und begrenzt zwei Druckkammern 11, 12. Durch ein wahlweises Beaufschlagen der Druckkammern 11, 12 mit einem Druckmittel ist eine stufen lose Axialverschiebung des Stellkolbens 6 erreichbar, der aufgrund der zuvor erläuterten Schrägverzahnungen eine Relativverdrehung zwischen dem Antriebs rad 3 und der Nockenwelle 2 auslöst.

Zur Beaufschlagung der Druckkammern 11, 12 sind voneinander getrennte Druckmittelführungen vorgesehen. Auf einem Endzapfen der Nockenwelle 2 ist ein Adapter 13 drehfest angeordnet, der auf einer der Einrichtung 1 abgewand ten Seite eines Zylinderkopfes 14 mit drei axial beabstandet angeordneten Ringflanschen 15 versehen ist, die in eine Aufnahmebohrung 17 eines An schlußstückes 16 eingepaßt sind. Das Anschlußstück 16 ist einteilig mit einem Steuerelement 18 verbunden (siehe Fig. 3). Bedingt durch die axiale Beabstan dung der Ringflansche 15 ergeben sich Ringkanäle 19, 20, die in Abhängigkeit von der Schaltung des Steuerelementes 18 als Druckmittelzufluß bzw. Druck mittelrückfluß dienen. Der Ringkanal 20 steht über eine Radialbohrung 21 mit einer Längsbohrung 22 in Verbindung, die als eine Sacklochbohrung ausgeführt an dem zur Einrichtung 1 weisenden Ende des Adapters 13 in einen Ringkanal mündet, von dem aus eine Druckmittelverbindung zur Druckkammer 12 be steht. Von dem Ringkanal 19 ausgehend ist eine Radialbohrung 23 im Adapter 13 vorgesehen, die korrespondiert mit einer eine Gewindebohrung 25 kreuzen den Querbohrung 24. Durch die hohlgebohrte Verschraubung 9 gelangt Druck mittel von der Gewindebohrung 25 in die Druckkammer 11. Zur Schaffung einer wirksamen Abdichtung der Ringkanäle 19, 20 verfügt jeder Ringflansch 15 über eine Ringnut 26, die zur Aufnahme eines Dichtrings 27 dient. Überein stimmend sind alle Dichtringe 27 mittels einer Verdrehsicherung 28 lagepositio niert angeordnet.

In Fig. 2 ist das Detail "X" aus der Fig. 1 vergrößert dargestellt, die den Aufbau der Verdrehsicherung 28 verdeutlicht. Die Verdrehsicherung 28 ist in eine parallel zu einer Außenkontur des Anschlußstückes 16 verlaufende Aus nehmung 29 eingesetzt und verfügt über radial nach innen gerichtete Ansätze 30, deren Beabstandung und Formgebung jeweils der Ringnut 26 angepaßt ist.

Aus Fig. 3 ist die aus einem Flachkantprofil hergestellte Verdrehsicherung 28 in der Vorderansicht dargestellt, zur Verdeutlichung der Einbaulage in der Einrichtung 1. Aufgrund der an höchster Stelle, d. h. 12 Uhr-Stellung, angeord neten Verdrehsicherung 28 ergibt sich ein wirksamer Schutz gegen einen nachteiligen Druckmittelverlust aus den Druckkammern 11 und 12 bei Stillstand der Brennkraftmaschine. Die Fig. 3 verdeutlicht außerdem die konzentrische Anordnung des Anschlußstücks 16 auf der Nockenwelle 2 sowie die Einteilig keit des Anschlußstücks 16 mit dem Steuerelement 18.

Aus der vergrößerten Vorderansicht der Verdrehsicherung 28 in der Einbaulage gemäß Fig. 4 ist ersichtlich, daß sich der Ansatz 30 radial über die gesamte Bauhöhe des Dichtrings 27 erstreckt. Eine Trennfuge 31 des Dichtrings 27 besitzt ein Axialmaß, das größer ist als die Wandstärke der Verdrehsicherung 28. Das Trennfugenmaß ist dabei so gewählt, daß auch bei Extremtemperaturen ein Mindesteinbauspiel von 50 µm verbleibt. Zur Schaffung einer Montagehilfe dient eine Verliersicherung 32, die stirnseitig an den Seitenwandungen der Ausnehmung 29 auf der zum Zylinderkopf 14 gerichteten Seite des Anschluß stücks 16 angeordnet sind, siehe Fig. 2. Wie aus Fig. 5 entnehmbar, sind als Verliersicherung 32 zwei gegenüberliegende, die Breite der Ausnehmung 29 reduzierende Haltenasen 33 angeordnet, die durch ein spanloses stirnseitiges Verstemmen der Seitenwandungen des Anschlußstücks 16 hergestellt sind.

Bezugszeichenliste

1 Einrichtung
2 Nockenwelle
3 Antriebsrad
4 Abschnitt
5 Abschnitt
6 Stellkolben
7 Abschnitt
8 Abschnitt
9 Verschraubung
10 Gehäuse
11 Druckkammer
12 Druckkammer
13 Adapter
14 Zylinderkopf
15 Ringflansch
16 Anschlußstück
17 Aufnahmebohrung
18 Steuerelement
19 Ringkanal
20 Ringkanal
21 Radialbohrung
22 Längsbohrung
23 Radialbohrung
24 Querbohrung
25 Gewindebohrung
26 Ringnut
27 Dichtring
28 Verdrehsicherung
29 Ausnehmung
30 Ansatz
31 Trennfuge
32 Verliersicherung
33 Haltenase

Claims

1. Gaswechselventil gesteuerte Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung (1) zur stufenlosen Änderung von Drehlagen einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle, wobei die Einrichtung (1) einen hydraulisch axial verschiebbaren Verstellkolben (6) aufweist, der in einem Gehäuse (10) abgedichtet geführt, zwei mit Druckmittel beaufschlagbare Druckkammern (11, 12) begrenzt, die in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerelementes (18) wechselweise mit einem Druckmittelzufluß und einem Druckmittelabfluß schaltbar sind und der Stellkolben (6) über einen Abschnitt (5) verfügt, der mit einer gegenläufig schräg verzahnten Innen- und Außenverzahnung versehen ist und diese Verzahnungen mit entsprechend gegenverzahnten Abschnitten (4, 7) in Eingriff stehen, welche drehfest mit einem Antriebsrad (3) bzw. mit der Nockenwelle (2) verbunden sind und der Einrichtung (1) Druckmittel vom Steuerelement (18) über Druck mittelführungen in einem Endabschnitt der Nockenwelle (2) und/oder einem die Nockenwelle (2) im Endbereich koaxial umschließenden Adapter (13) zuströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (13) auf der von der Einrichtung (1) abgewandten Seite in eine Aufnahmebohrung (17) eines einteilig mit dem Steuerelement (18) verbundenen, den Adapter (13) teilweise koaxial umschlie ßenden Anschlußstück (16) eingesetzt ist und der Adapter (13) endseitig axial beabstandete Ringflansche (15) aufweist, zwischen denen sich Ringkanäle (19, 20) bilden und zur Abdichtung jeder Ringflansch (15) mit einer Ringnut (26) versehen ist, zur Aufnahme eines Dichtrings (27), der mittels einer im Anschluß stück (16) formschlüssig eingesetzten Verdrehsicherung (32) alle Dichtringe (27) jeweils im Bereich einer Trennfuge (31) lagepositioniert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ein baulage die Verdrehsicherung (28) im Anschlußstück (16) an höchster Stelle des Adapters (13) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdrehsi cherung (28) ein vorzugsweise kammartig gestaltetes Bauteil vorgesehen ist, das in einer axial zur Nockenwelle (2) verlaufenden Ausnehmung (29) des An schlußstücks (16) eingesetzt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsi cherung (28) mit radial ausgerichteten Ansätzen (30) versehen ist, deren Anzahl übereinstimmt mit der Anzahl der Dichtringe (27), wobei die Ansätze (30) jeweils in die Trennfuge (31) des Dichtrings (27) eingreifen, die der Abmessung der Ansätze (30) angepaßt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsi cherung (28) weitestgehend symmetrisch gestaltet ist, wobei zumindest eine Stirnseite eine konische Anformung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verdrehsicherung (28) spanlos aus einem Flachkantprofil hergestellt ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die ein nahezu trapezartiges Querschnittsprofil aufweisende Verdrehsicherung (28) formschlüssig in eine entsprechend ausgebildete Aus nehmung (29) eingesetzt ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verdrehsicherung (28) mit einem T-förmigen Querschnitts profil im Anschlußstück (16) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verdrehsicherung (28) aus Stahl, einem Nichteisenmetall oder einem verstärkten Kunststoff, insbesondere PA 66 GF hergestellt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Anschluß stück (16) im Bereich der Ausnehmung (29) in einer Einbaulage auf der zum Zylinderkopf (14) weisenden Seite eine Verliersicherung (32) vorgesehen ist, die eine Lagepositionierung der Verdrehsicherung (28) sicherstellt, sowie als Trans portsicherung dient.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung der Verliersicherung (32) die Ausnehmung (29) stirnseitig mit zumindest einer spanlos angeformten, eine Breite der Ausnehmung (29) reduzierenden Haltenase (33) versehen ist.