DE19708661B4 - Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette verbundenen Antriebsrad, welches einen durch eine Umfangswand und zwei Seitenwände gebildeten Hohlraum aufweist, wobei an der Außenseite der Umfangswand eine Verzahnung vorgesehen ist und in die Innenseite der Umfangswand mindestens eine Arbeitskammer mit zur längsmittelachse des Antriebsrades gerichteten Begrenzungswänden eingearbeitet ist, wobei in dem Hohlraum des Antriebsrades ein als Innenrotor ausgebildetes, drehfest mit der Nockenwelle verbundenes Flügelrad mit mindestens einem radialen Flügel eingesetzt ist, dessen Flügel jede Arbeitskammer wiederum in jeweils zwei Druckräume unterteilt, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem Drucköl eine Relativver drehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken.
- Hintergrund der Erfindung
- Bei den der Fachwelt allgemein bekannten Flügelzellen-Verstelleinrichtungen der obengenannten Art erfolgt die Abdichtung der Druckräume im Hohlraum des Antriebsrades gegen Drucköl-Leckagen zumeist durch enge Spalten zwischen den üblicherweise aus einem Stahl gleicher Güte bestehenden Flügeln des Flügelrades und dem die Druckräume umschließenden Begrenzungswänden des Antriebsrades. Trotz der kostenaufwendigen paßgenauen Fertigung solcher Verstelleinrichtungen hat es sich jedoch gezeigt, daß im Motorbetrieb mit zunehmender Temperatur des Drucköls aufgrund der Wärmeausdehnung des Flügelrades und des Antriebsrades über die an sich begrenzt erforderliche Leckage hinaus zunehmende Leckagen durch die Spalte hindurch auftreten, die zu einem Absinken des Versorgungsöldrucks und somit zu verzögerten Verstellzeiten sowie zu einer zu weichen hydraulischen Einspannung des Flügelrades und somit der Nockenwelle führen. Dies wirkt sich verstärkt nachteilig bei hohen Öltemperaturen aus, da dort die Viskosität und der Versorgungsöldruck besonders gering sind, so daß die vom Kennfeld der Motorsteuerung vorgegebene Verstellposition der Nockenwelle häufig nachgeregelt werden muß und/oder höhere Ölfördermengen zur Verfügung gestellt werden müssen. Auch bei tiefen Temperaturen, bei denen das Drucköl eine sehr hohe Viskosität aufweist, haben sich die kleinen Spaltbreiten insofern als nachteilig erwiesen, daß zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad eine erhöhte Reibung aufgrund von Scherkräften in den Spalten auftritt und sich somit die angestrebten Verstellzeiten der Verstelleinrichtung nicht sofort realisieren lassen.
- Durch eine weitere, in der
DE 39 22 962 A1 offenbarte gattungsgemäße Antriebsvorrichtung für eine Nockenwelle ist es darüberhinaus bekannt, in die Flügel des Flügelrades axiale und radiale Nuten einzuarbeiten und in diese Nuten federgelagerte Dichtungen einzusetzen, die mit der Umfangswand und den Seitenwänden des Hohlraumes des Antriebsrades dichtend zusammenwirken. - Diese Dichtungsmaßnahmen haben sich jedoch hinsichtlich des Fertigungsaufwandes und der Herstellungskosten für Flügelzellen-Verstelleinrichtungen als äußerst aufwendig erwiesen und können durch die Übergangsstöße zwischen den einzelnen Axial- und Radialdichtungen ebenfalls noch keine zufriedenstellende Senkung der Leckagewerte gewährleisten.
- Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip, zu konzipieren, bei der mit einfachen kostengünstigen Mitteln eine zuverlässige Abdichtung der Druckräume im Hohlraum des Antriebsrades gegen unerwünschte Drucköl-Leckagen gewährleistet ist.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß ein Werkstoff des Flügelrades einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff des Antriebsrades, und daß im Motorbetrieb durch eine entsprechende Ausdehnung des Flügelrades die Druckräume im Hohlraum des Antriebsrades gegen Leckagen abgedichtet sind.
- In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung gemäß Unteranspruch 2 besteht das Antriebsrad dabei bevorzugt aus einem Stahl und das Flügelrad besteht bevorzugt aus Aluminium.
- Eine erfindungsgemäß ausgebildete Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip weist somit gegenüber dem Stand der Technik den Unterschied auf, daß das aus einem Werkstoff mit höherer Wärmeausdehnung bestehende Flügelrad geringfügig kleiner gefertigt wird als bei den bisher üblichen Stahl-Stahl-Ausführungen. Dadurch ergeben sich bei tiefen Öltemperaturen vergrößerte Spalte zwischen den Flügeln des Flügelrades und den die Druckräume umschließenden Begrenzungswänden des Antriebsrades, so daß die Scherkräfte in den Spalten und somit die Reibung zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad vermindert wird. Darüber hinaus haben sich die vergrößerten Spalte auch dahingehend als vorteilhaft erwiesen, daß die im Motorbetrieb, also bei vorzugsweise hohen Öltemperaturen, angeschwemmten Schmutz- und Verschleißpartikel (allgemeine Kontamination) beim Motorstart, also bei tiefen Öltemperaturen, durch die vergrößerten Spalte aus der Verstelleinrichtung ausgespült werden.
- Bei hohen Öltemperaturen weist die erfindungsgemäß ausgebildete Nockenwellen-Verstelleinrichtung dagegen den Vorteil auf, daß sich das Flügelrad durch seinen höheren Ausdehnungskoeffizienten mehr als das Antriebsrad ausdehnt, so daß sich die Spalte zwischen den Flügeln des Flügelrades und den die Druckräume umschließenden Begrenzungswänden des Antriebsrades extrem verkleinern. Die erfindungsgemäß ausgebildete Nockenwellen-Verstelleinrichtung ist somit hinsichtlich der Abdichtung von Leckagen in der Lage, sich selbsttätig auf die jeweiligen Viskositätszustände des Drucköls einzustellen bzw. der mit ansteigenden Öltemperaturen abnehmenden Viskosität des Drucköls entgegenwirken und weist nur noch die zu Schmierzwecken begrenzt erforderliche Leckage von Drucköl auf.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 die Vorderansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung mit abgeschraubten Gehäusedeckel; -
2 die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung im Schnitt A-A nach1 . - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Die
1 und2 zeigen eine Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wie sie der Fachwelt an sich bekannt ist. Diese als Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip bekannte Vorrichtung besteht grundsätzlich aus einem als Außenrotor ausgebildeten, im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Steuerkette mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Antriebsrad1 und einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit der Nockenwelle14 verbundenen Flügelrad11 . - In den Zeichnungen ist dabei deutlich zu sehen, daß das Antriebsrad
1 durch eine Umfangswand2 und zwei Seitenwände6 ,7 einen Hohlraum8 aufweist und an der Außenseite der Umfangswand2 mit einer Verzahnung3 für die Steuerkette ausgebildet ist. Die den Hohlraum8 seitlich begrenzenden Seitenwände6 ,7 sind im übrigen kreisringförmig ausgebildet und werden durch die in den Zeichnungen ohne Bezugszeichen dargestellten Schrauben sich jeweils parallel gegenüberliegend am Antriebsrad1 befestigt. - In die Innenseite der Umfangswand
2 des Antriebsrades1 sind dagegen, wie in1 zu sehen ist, im konkreten Fall drei Arbeitskammern4 mit jeweils zur Längsmittelachse des Antriebsrades1 gerichteten Begrenzungswänden5a und5b symmetrisch eingearbeitet, welche die Umfangswand2 in ebenfalls symmetrische und zugleich mit den entsprechenden Gewindebohrungen zur Befestigung der Seitenwände6 ,7 am Antriebsrad1 ausgebildete Abschnitte unterteilen. - In den Hohlraum
8 des Antriebsrades1 ist in bekannter Weise ein als Innenrotor ausgebildetes, fest mit der Nockenwelle14 verbundenes Flügelrad11 eingesetzt, an dessen Umfang radiale Flügel12 in der gleichen Anzahl und mit der gleichen symmetrischen Teilung wie die Arbeitskammern4 am Antriebsrad1 angeordnet sind. Diese Flügel12 unterteilen im montierten Zustand des Flügelrades11 die Arbeitskammern4 am Antriebsrad1 wiederum in jeweils zwei Druckräume9 ,10 , welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung über die in1 gestrichelt angedeuteten und nicht näher bezeichneten Ölkanäle mit einem Drucköl eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle14 zur Kurbelwelle bewirken. Die in1 gezeigte Stellung des Flügelrades11 zum Antriebsrad1 könnte dabei eine hydraulisch eingespannte Mittelstellung des Flügelrades11 darstellen, d.h. sowohl die Druckkammern9 als auch die Druckkammern10 sind mit einem gleich großen Druck beaufschlagt. In dieser, aber auch in jeder anderen Stellung des Flügelrades11 kommt es bei den bekannten Vorrichtungen der dargestellten Art, insbesondere bei hohen Öltemperaturen, über die in1 mit den Bezugszeichen13 bezeichneten radialen Spalte zu hydraulischen Kurzschlüssen zwischen den Druckräumen9 ,10 und/oder über die in2 gezeigten seitlichen Spalte13 zu Leckagen. - Erfindungsgemäß besteht deshalb das Flügelrad
11 aus einem Werkstoff mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des Antriebsrades1 , so daß es durch seine Ausdehnung im Motorbetrieb die Druckräume9 ,10 im Hohlraum7 des Antriebsrades1 gegen Leckagen und hydraulische Kurzschlüsse abdichtet. Besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, das einer hohen mechanischen Beanspruchung unterliegende Antriebsrad1 aus einem verschleißfesten Stahl und das Flügelrad11 aus Aluminium herzustellen, wobei jedoch auch andere unter den kennzeichnenden Teil des Anspruchs1 fallende Werkstoffkombinationen denkbar sind. -
- 1
- Antriebsrad
- 2
- Umfangswand
- 3
- Verzahnung
- 4
- Arbeitskammern
- 5a
- Begrenzungswand
- 5b
- Begrenzungswand
- 6
- Seitenwand
- 7
- Seitenwand
- 8
- Hohlraum
- 9
- Druckraum
- 10
- Druckraum
- 11
- Flügelrad
- 12
- Flügel
- 13
- Spalte
- 14
- Nockenwelle
Claims (2)
- Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette verbundenen Antriebsrad (
1 ), welches einen durch eine Umfangswand (2 ) und zwei Seitenwände (6 ,7 ) gebildeten Hohlraum (8 ) aufweist, wobei an der Außenseite der Umfangswand (2 ) eine Verzahnung (3 ) vorgesehen ist und in die Innenseite der Umfangswand (2 ) mindestens eine Arbeitskammer (4 ) mit zur Längsmittelachse des Antriebsrades (1 ) gerichteten Begrenzungswänden (5a ,5b ) eingearbeitet ist, wobei in den Hohlraum (8 ) des Antriebsrades (1 ) ein als Innenrotor ausgebildetes, drehfest mit der Nockenwelle (14 ) verbundenes Flügelrad (11 ) mit mindestens einem radialen Flügel (12 ) eingesetzt ist, dessen Flügel (12 ) jede Arbeitskammer (4 ) wiederum in jeweils zwei Druckräume (9 ,10 ) unterteilen, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem Drucköl eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle (14 ) zur Kurbelwelle bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstoff des Flügelrades (11 ) einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff des Antriebsrades (1 ), und daß im Motorbetrieb durch eine entsprechende Ausdehnung des Flügelrades (11 ) die Druckräume (9 ,10 ) im Hohlraum (8 ) des Antriebsrades (1 ) gegen Leckagen abgedichtet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (
1 ) bevorzugt aus einem Stahl und das Flügelrad (11 ) bevorzugt aus Aluminium besteht.
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Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140212 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140212 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R071 | Expiry of right |