DE19723783A1 - Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung zwischen mindestens zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung zwischen mindestens zwei in An­ triebsverbindung stehenden Wellen, insbesondere einer Kurbelwelle und mindestens einer Nockenwelle, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 38 10 804 A1 bekannt. Dabei soll eine Winkelverstellung über einen großen Bereich unabhängig vom Öldruck sicher und schnell erfolgen, wobei gleichzeitig eine kompakte Ausführung der Vorrichtung angestrebt ist.

Zum allgemeinen Stand der Technik bezüglich Vorrich­ tungen zur relativen Winkelverstellung zwischen minde­ stens zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen wird auf die DE 38 30 382 C1, die DE 39 07 077 C2, die DE 38 25 074 C1 sowie die EP 0 163 046 A1 verwiesen.

Problematisch bei sämtlichen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur relativen Winkelverstel­ lung zwischen mindestens zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen, welche in ihrem speziellen Anwen­ dungsfall auch kurz als Nockenwellenversteller be­ zeichnet werden, ist, daß der maximale Verstell- bzw. Verdrehwinkel zwischen den beiden Wellen stark einge­ schränkt ist.

Eine Möglichkeit, diesen Nachteil zu beseitigen, ist es, den Schrägungswinkel der Innen- und Außenverzah­ nungen am Kettenrad, am Stellkolben und an der Elanschwelle zu vergrößern. Dieser Vergrößerung des Verzahnungswinkels sind jedoch durch die bei größeren Winkeln einsetzende Selbsthemmung zwischen den mitein­ ander in Eingriff stehenden Verzahnungen Grenzen ge­ setzt.

Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung des maximalen Verstellwinkels ist es, die Schrägverzahnungen am Ket­ tenrad und an der Elanschwelle länger auszugestalten. Allerdings steht in axialer Richtung des Verstellers häufig nur ein begrenzter Raum zur Verfügung, wodurch auch diese Möglichkeit beschränkt ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung zu schaffen, die einen größeren maximalen Verstellwinkel zwischen zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch den weiteren Stellkolben, der über eine Schräg­ verzahnung an seiner Außenseite mit der ersten Welle und über eine weitere Schrägverzahnung an seiner In­ nenseite mit der Flanschwelle verbunden ist, ergibt sich eine Vorrichtung zur Winkelverstellung, durch welche der doppelte Verstellwinkel im Vergleich zu bisher bekannten Nockenwellenverstellern erreicht wer­ den kann.

Dabei ergibt sich keine Vergrößerung der axialen Bau­ länge der Vorrichtung, wodurch diese keinen zusätzli­ chen Raum in axialer Richtung benötigt. Es entsteht lediglich eine Vergrößerung des Durchmessers der Vor­ richtung, was jedoch meist keine Probleme im Motorraum von Kraftfahrzeugen verursacht, wodurch die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung für viele Anwendungsfälle von großem Vorteil ist.

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

Die einzige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vor­ richtung zur relativen Winkelverstellung im Schnitt.

Da die Funktionsweise eines Nockenwellenverstellers aus dem Stand der Technik, z. B. der DE 38 10 804 A1, hinlänglich bekannt ist, wird im folgenden nur auf die für die Erfindung wichtigen Elemente und Funktionsab­ läufe des Nockenwellenverstellers eingegangen.

Ein Nockenwellenversteller 1, der zur Verstellung des relativen Winkel s einer Nockenwelle 2 gegenüber einer nicht dargestellten Kurbelwelle dient, weist an seiner Außenseite ein Kettenrad 3 auf, welches hohl ausgebil­ det ist und an seiner Innenseite mit einer Innen­ schrägverzahnung 4 versehen ist. Die Innenschrägver­ zahnung 4 steht in Eingriff mit einer Außenschrägver­ zahnung 5 eines in bekannter Weise ausgeführten Stell­ kolbens 6. Der Stellkolben 6 weist an seiner Innensei­ te wiederum eine Innenschrägverzahnung 7 auf, welche mit einer weiteren Außenschrägverzahnung 8 einer in­ nerhalb des Stellkolbens 6 angeordneten Hohlwelle 9 in Eingriff steht.

Dieser Aufbau des Nockenwellenverstellers 1 entspricht im wesentlichen den aus dem Stand der Technik (z. B. der DE 38 10 804 A1) bekannten Nockenwellenverstel­ lern, weshalb im folgenden auf die Funktionsweise nicht näher eingegangen wird.

Die Hohlwelle 9 ist an ihrer Innenseite mit einer wei­ teren Innenschrägverzahnung 10 ausgestattet, um mit einem innerhalb der Hohlwelle 9 angeordneten, eine Außenschrägverzahnung 11 aufweisenden zweiten Stell­ kolben 12 in Eingriff zu stehen. Der zweite Stellkol­ ben 12 kann dabei im wesentlichen so aufgebaut sein wie der erste Stellkolben 6, mit Ausnahme des Durch­ messers, der bei dem zweiten Stellkolben 12 selbstver­ ständlich kleiner sein muß als bei dem ersten Stell­ kolben 6.

An seiner Innenseite weist der zweite Stellkolben 12 eine Innenschrägverzahnung 13 auf, welche wiederum mit einer Außenschrägverzahnung 14 einer innerhalb des Stellkolbens 12 angeordneten Flanschwelle 15 in Ein­ griff steht. Die Hohlwelle 9 steht also mit der Flan­ schwelle 15 in ähnlicher Weise in Verbindung wie das Kettenrad 3 mit der Hohlwelle 9.

In der Flanschwelle 15 befinden sich Bohrungen 16 zur Aufnahme von nicht dargestellten Schrauben, über wel­ che die Flanschwelle 15 mit der Nockenwelle 2 verbun­ den ist. Zur Lagefixierung der Nockenwelle 2 relativ zu der Flanschwelle 15 sind in sich des weiteren in der Flanschwelle 15 befindlichen Bohrungen 17 nicht dargestellte Paßstifte angeordnet. Das Kettenrad 3 dagegen ist über eine Außenverzahnung 18 und eine nicht dargestellte Kette mit der ebenfalls nicht dar­ gestellten Kurbelwelle verbunden.

Somit besteht der Nockenwellenversteller 1 sozusagen aus einem ersten bekannten Nockenwellenversteller und einem in dem ersten Nockenwellenversteller angeordne­ ten zweiten Nockenwellenversteller. Dadurch ergibt sich eine Verdoppelung des maximalen Verdrehwinkels zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 2.

Der erste Stellkolben 6 ist mit einer Ölbohrung 19 versehen und teilt den Raum zwischen dem Kettenrad 3 und der Hohlwelle 9 in zwei Arbeitsräume 20 und 21. Dabei arbeitet der Stellkolben 6 gegen eine Federein­ richtung 22, die in dem Arbeitsraum 21 angeordnet ist und sich auf der anderen Seite gegen die Hohlwelle 9 abstützt.

In gleicher Weise ist der zweite Stellkolben 12 mit einer Ölbohrung 23 versehen und teilt den Raum zwi­ schen der Hohlwelle 9 und der Flanschwelle 15 in zwei Arbeitsräume 24 und 25. Der zweite Stellkolben 12 ar­ beitet wie der erste Stellkolben 6 gegen eine Feder­ einrichtung 26, welche in dem Arbeitsraum 25 angeord­ net ist und sich gegen die Flanschwelle 15 abstützt.

Durch eine Verschiebung des Stellkolbens 6 in axialer Richtung, was durch Ö1 bewirkt wird, welches durch die Ölbohrung 19 strömt, verdreht sich die Hohlwelle 9 gegenüber dem Kettenrad 3. Für diesen Vorgang wird normalerweise das sich im Motorölkreislauf befindliche Öl verwendet. Eine Verschiebung des Stellkolbens 12 gegenüber der Hohlwelle 9 bewirkt eine Verdrehung der Flanschwelle 15 gegenüber der Hohlwelle 9, wodurch im Endeffekt die Flanschwelle 15 gegenüber dem Kettenrad 3 verdreht wird und somit entsprechend die Nockenwelle 2 gegenüber der Kurbelwelle. Dadurch werden die Ven­ tilsteuerzeiten bzw. die Ventilüberschneidung verän­ dert.

Weitere, für die Funktion des Nockenwellenverstellers 1 notwendige Bauteile sind aufgrund ihrer aus dem Stand der Technik bekannten Funktionsweise weder dar­ gestellt noch beschrieben.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, daß einzelne Verzahnungspaare oder auch sämtliche Innenschrägver­ zahnungen 4, 7, 10, 13 sowie die dazugehörigen Außen­ schrägverzahnungen 5, 8, 11, 14 mit dem selben Schrä­ gungswinkel versehen sind. Andererseits sind auch sämtliche andere Schrägungswinkel der Innenschrägver­ zahnungen 4, 7, 10, 13 und der Außenschrägverzahnungen 5, 8, 11, 14 möglich, solange die Winkel nicht zu groß sind und zu einer Selbsthemmung führen. Miteinander in Eingriff stehende Verzahnungen, wie z. B. die Innen­ schrägverzahnung 4 und die Außenschrägverzahnung 5, sind jeweils mit dem selben Winkel ausgeführt.

Bei der Herstellung der Innen- und Außenschrägverzah­ nungen, was durch Schleifen, Fräsen, Räumen oder ande­ re bekannte Herstellungsverfahren erfolgen kann, muß lediglich darauf geachtet werden, daß ein exakte s Spiel zwischen den einzelnen miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen vorgesehen wird, da bei zu ge­ ringem Spiel der Nockenwellenversteller 1 nur mit sehr großem Öldruck bzw. gar nicht mehr verdrehbar ist, und bei zu großem Spiel der Nockenwellenversteller 1 sehr laute Geräusche erzeugt.

Der beschriebene Nockenwellenversteller 1 kann von seiner Mechanik her auch für Einsatzgebiete abseits der Kraftfahrzeugtechnik, z. B. in der Optik oder der Feinmechanik, eingesetzt werden, da er einen sehr gro­ ßen Verstellwinkel zwischen sämtlichen in Antriebsver­ bindung stehenden Wellen miteinander ermöglicht.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung zwi­ schen mindestens zwei in Antriebsverbindung ste­ henden Wellen, insbesondere einer Kurbelwelle und mindestens einer Nockenwelle, mit einem außenlie­ genden Kettenrad mit einer Innenschrägverzahnung, welche mit einer Außenschrägverzahnung eines in­ nerhalb des Kettenrades angeordneten Stellkolbens in Eingriff ist, wobei der Stellkolben eine Innen­ schrägverzahnung aufweist, welche mit einer Außen­ schrägverzahnung einer innerhalb des Stellkolbens angeordneten Hohlwelle in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (9) eine Innenschrägverzahnung (10) aufweist, die mit einer Außenschrägverzahnung (11) eines innerhalb der Hohlwelle (9) angeordneten Stellkolbens (12) in Eingriff steht, wobei der Stellkolben (12) eine Innenschrägverzahnung (13) aufweist, die mit einer Außenschrägverzahnung (14) einer innerhalb des Stellkolbens (12) angeordneten Flanschwelle (15) in Eingriff steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschrägverzahnung (4) und die Außenschräg­ verzahnung (5) sowie die Innenschrägverzahnung (7) und die Außenschrägverzahnung (8) den selben Schrägungswinkel aufweisen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschrägverzahnung (10) und die Außen­ schrägverzahnung (11) sowie die Innenschrägverzah­ nung (13) und die Außenschrägverzahnung (14) den selben Schrägungswinkel aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschrägverzahnungen (4, 7, 10, 13) und die Außenschrägverzahnungen (5, 8, 11, 14) alle den selben Schrägungswinkel aufweisen.