DE19718675A1 - Hydraulische Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere Nockenwelle einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Hydraulische Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere Nockenwelle einer Brennkraftmaschine

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DE19718675A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
    • F16D3/10—Couplings with means for varying the angular relationship of two coaxial shafts during motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34403—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
    • F01L1/34406—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 auf eine hy­ draulische Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend ein an­ triebsseitiges Steuergehäuse und eine hierzu relativ drehwinkelverstellbare, wel­ lenseitige Nabe, wobei ein nabenseitig drehfest angeordnetes Stellelement in dem Steuergehäuse volumenänderbare Steuerkammern begrenzt und ferner eine Ver­ riegelungseinrichtung zumindest in einer Endstellung des Stellelementes das Steuergehäuse mit der Nabe selbsttätig drehblockiert verbindet.
Eine derartige Stellvorrichtung ist aus der US 4,858,572 bekannt, wobei diese be­ kannte Bauart sich auf eine Flügelzellen-Stellvorrichtung bezieht mit vorzugsweise radial angeordneten, steuerbaren Sperrbolzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine andere bekannte Bauart einer Stellvorrichtung mit einem das Steuergehäuse mit der Nabe über kombinierte Ge­ rad-/Schrägverzahnungen drehfest verbindenden, zur Drehwinkelverstellung hy­ draulisch axial verlagerbaren Verstellkolben eine einfache Anordnung einer Ver­ riegelungseinrichtung aufzuzeigen.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst, und zwar in vorteilhaft ein­ facher Weise für unterschiedliche Verriegelungseinrichtungen dadurch, daß bei einer Stellvorrichtung der Bauart mit einem zwischen Steuergehäuse und Nabe über kombinierte Gerad-/Schrägverzahnungen zur Drehwinkelverstellung hydrau­ lisch axial verstellbaren, ringförmigen Verstellkolben eine der Steuerkammern stirn­ seitig mittels eines axial verlagerbaren Ringkolbens begrenzt ist, der als Betäti­ gungselement zur Entriegelung der Verriegelungseinrichtung dient.
Mit einem Ringkolben als bewegliche Steuerkammer-Begrenzung können in vor­ teilhafter Weise sowohl radial als auch axial wirksame Verriegelungseinrichtungen gesteuert bzw. betätigt werden.
Eine bevorzugte Anordnung und Ausbildung einer axial wirksamen Verriegelungs­ vorrichtung ist in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Aus­ führungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Stellvorrichtung mit Verstellkolben im linksseitigen Anschlag, und
Fig. 2 die Stellvorrichtung mit Verstellkolben im rechtsseitigen Anschlag.
Eine hydraulische Stellvorrichtung 1 zur relativen Drehwinkelverstellung einer von einer nicht gezeigten Kurbelwelle einer lediglich angedeuteten Brennkraftmaschine 2 angetriebenen Nockenwelle 3 umfaßt ein antriebsseitiges Steuergehäuse 4 und eine mit der Nockenwelle 3 drehfest verbundene, relativ zum Steuergehäuse 4 drehwinkelverstellbare Nabe 5. Auf dieser Nabe 5 ist das Steuergehäuse 4 über einen Lagerring 6 drehwinkelbeweglich gelagert. Ein mit dem Lagerring 6 über eine korrespondierende Geradverzahnung 7, 7' drehfest verbundenes und axial verla­ gerbares Stellelement als ringförmiger Verstellkolben 8 begrenzt in dem Steuer­ gehäuse 4 volumenveränderliche Steuerkammern A und B. Weiter ist der Verstell­ kolben 8 über einen hülsenartigen Fortsatz 9 mit einer korrespondierenden Schrägverzahnung 10, 10' drehwinkelverstellbar mit der Nabe 5 drehfest verbun­ den.
Die in der oberen Bildhälfte gemäß Fig. 1 dargestellte Position des Verstell­ kolbens 8 in einer linksseitigen Endstellung entspricht bei einer Stellvorrichtung 1 für eine Einlaß-Nockenwelle 3 der gewünschten Spätstellung beim Start der Brennkraftmaschine 2, wobei dieser Einstellung des Verstellkolbens 8 bei einer Stellvorrichtung 1 für eine nicht gezeigte Auslaß-Nockenwelle der gewünschten Frühstellung beim Starten der Brennkraftmaschine 2 entspricht. Auf diese Weise ist bei einer Brennkraftmaschine 2 mit beiden Stellvorrichtungen 1 eine für den Start kleinstmögliche, vorteilhafte Ventilüberschneidung erzielt.
Zur Sicherstellung der jeweiligen optimalen Position ist jede Stellvorrichtung 1 mit einer das Steuergehäuse 4 selbsttätig mit der Nabe 5 drehblockierenden Verriege­ lungseinrichtung 11 ausgerüstet.
Zur Entriegelung der Verriegelungseinrichtung 11 ist erfindungsgemäß die Steuer­ kammer "B" jeder Stellvorrichtung 1 stirnseitig von einem axial verlagerbaren Ring­ kolben 12 begrenzt, der als Betätigungselement zur Entriegelung dient.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist der Ringkolben 12 zwischen einem Umfangsabschnitt des Steuergehäuses 4 und einem Rohrabschnitt 13 der Nabe 5 mit innenseitig vorgesehener, mit dem Verstellkolben 8 korrespondierender Schrägverzahnung 10, 10' angeordnet, wobei der Ringkolben 12 einseitig über eine vorgespannt angeordnete Druckfeder 14 gegen einen steuerraumseitigen Anschlag 15 in Ausgangsstellung gehalten ist.
In erfindungsgemäß bevorzugter Ausgestaltung ist der Ringkolben 12 über einen Ringfortsatz 16 auf dem nabenseitigen Rohrabschnitt 13 unter Zwischenschaltung korrespondierender Geradführungselemente wie Nut 17 und Paßfeder 18 drehfest und axial verschiebbar angeordnet zum Entriegeln bei vorbestimmtem Hydraulik­ druck in der Steuerkammer "B" und zum über die Druckfeder 14 gesteuerten Ver­ riegeln der über Formschlußelemente 19 das Steuergehäuse 4 mit der Nabe 5 bzw. der Nockenwelle 3 drehblockierenden Verriegelungseinrichtung 11.
Zur Erzielung eines einfachen Aufbaues der Verriegelungseinrichtung 11 ist der hierfür als Betätigungselement vorgesehene Ringkolben 12 Teil der Verriege­ lungseinrichtung 11 dadurch, daß am Ringkolben 12 stirnseitig Vorsprünge 20 vor­ gesehen sind, die in stirnseitig im/am steuerkammerseitigen Anschlag 15 angeord­ nete, korrespondierende Ausnehmungen 21 formschlüssig eingreifen.
Mit der vorzugsweise axial wirksamen erfindungsgemäßen Verriegelungseinrich­ tung 11 ist eine bezüglich kleinem Bauraum, hoher Betriebssicherheit und mögli­ cher Sichtkontrolle bei Montage und Reparatur vorteilhafte Anordnung und Ausge­ staltung erzielt. Weiter kann diese Verriegelungseinrichtung 11 unverändert An­ wendung finden, wenn die Schrägverzahnungen 10, 10' gesonderter Stellvorrich­ tungen 1 an Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen einer Brennkraftmaschine 2 entge­ gengesetzt gerichtet ausgebildet sind.
Zur Erleichterung bei der Montage kann die Frühposition der Stellvorrichtung 1 für eine Auslaß-Nockenwelle und die Spätposition der Stellvorrichtung 1 für eine Ein­ laß-Nockenwelle jeweils mittels Markierungen am Steuergehäuse 4 und am Ring­ kolben 12 angezeigt sein.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung 11 ist auch darin zu sehen, daß diese mit Wahl der Druckfeder 14 erst ab einem vorbestimm­ ten Öldruck in der Steuerkammer "B" entriegelt wird, so daß bei einer eventuell entleerten Stellvorrichtung 1 beim Start der Brennkraftmaschine 2 ein Klapper­ geräusch bis zur ausreichenden Befüllung vorteilhaft verhindert ist.
Im Rahmen der Erfindung kann der als bewegliche Steuerkammer-Begrenzung ausgebildete Ringkolben 12 auch als Betätigungselement für eine über schräge bzw. kegelförmige Steuerflächen radial wirksame Verriegelungseinrichtungen die­ nen.
Der in Fig. 2 gezeigte rechtsseitige Anschlag des Verstellkolbens 8 entspricht bei einer Stellvorrichtung 1 für eine Einlaß-Nockenwelle 3 der Frühposition und bei einer Stellvorrichtung 1 für eine nicht gezeigte Auslaß-Nockenwelle der Spätposi­ tion. Das auf dem Steuergehäuse 4 angeordnete kleinere Kettenrad 22 dient dem Antrieb einer benachbarten, nicht gezeigten Auslaß-Nockenwelle, insbesondere mit einer bezüglich der Richtung der Schrägverzahnung 10, 10' abweichenden Stell­ vorrichtung 1.

Claims (6)

1. Hydraulische Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetrie­ benen Welle, insbesondere Nockenwelle einer Brennkraftmaschine,
  • - umfassend ein antriebsseitiges Steuergehäuse (4) und eine hierzu relativ drehwinkelverstellbare, wellenseitige Nabe (5), wobei
  • - ein nabenseitig drehfest angeordnetes Stellelement (8) in dem Steuergehäuse (4) volumenänderbare Steuerkammern (A, B) be­ grenzt, und ferner
  • - eine Verriegelungseinrichtung (11) zumindest in einer Endstellung des Stellelementes (8) das Steuergehäuse (4) mit der Nabe (5) selbsttätig drehblockiert verbindet,
    dadurch gekennzeichnet,
  • - daß bei einer Stellvorrichtung (1) der Bauart mit einem zwischen Steuergehäuse (4) und Nabe (5) über kombinierte Ge­ rad-/Schrägverzahnungen (7, 7'; 10, 10') zur Drehwinkelverstellung hydraulisch axial verstellbaren, ringförmigen Verstellkolben (8) eine der Steuerkammern (A, B) stirnseitig mittels eines axial verlager­ baren Ringkolbens (12) begrenzt ist, der
  • - als Betätigungselement zur Entriegelung der Verriegelungseinrich­ tung (11) dient.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Ringkolben (12) zwischen einem Umfangsabschnitt des Steuergehäuses (4) und einem Rohrabschnitt (13) der Nabe (5) mit innenseitig vorgesehener, mit dem Verstellkolben (8) korrespondie­ render Schrägverzahnung (10, 10') angeordnet ist, wobei
  • - der Ringkolben (12) einseitig federbeaufschlagt gegen einen steuer­ kammerseitigen Anschlag (15) in Ausgangsstellung gehalten ist.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (12) über einen Ringfortsatz (16) auf dem nabenseitigen Rohr­ abschnitt (13) unter Zwischenschaltung von korrespondierenden Gerad­ führungselementen (17, 18) drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist zum Entriegeln und federbelastet gesteuerten Verriegeln einer über Form­ schlußelemente (19) das Steuergehäuse (4) mit der Nabe (5) drehblockie­ renden Verriegelungseinrichtung (11).
4. Stellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (11) am Ringkolben (12) stirnseitig ange­ ordnete Vorsprünge (20) und stirnseitig im/am steuerkammerseitigen An­ schlag (15) angeordnete, korrespondierende Ausnehmungen (21) umfaßt.
5. Stellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägverzahnungen (10, 10') gesonderter Stellvorrichtungen (1) an Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen einer Brennkraftmaschine (2) ent­ gegengesetzt gerichtet ausgebildet sind.
6. Stellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frühposition oder Spätposition der jeweiligen Stellvorrichtung (1) mittels Markierungen am Steuergehäuse (4) und am Ringkolben (12) be­ stimmt ist.
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