DE19745908A1

DE19745908A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Flügelzellen-Verstelleinrichtung

Info

Publication number: DE19745908A1
Application number: DE1997145908
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl Ing Schaefer; Joachim Dietz; Andreas Dipl Ing Staus
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2017-10-18
Also published as: DE19745908B4

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Flügelzellen- Verstelleinrichtung nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Durch die EP 0 781 899 A1 ist eine gattungsbildende Flügelzellen-Verstellein richtung bekannt, die aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbel welle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehen den Antriebsrad, welches einen durch eine Umfangswand und zwei Seitenwände gebildeten Hohlraum aufweist, und aus einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad, welches am Umfang seiner Radnabe mehrere radial angeordnete Flügel aufweist, besteht. An der Außenseite der Umfangswand bzw. an der Umfangsfläche einer der Seitenwände des Antriebsrades ist dabei eine Verzahnung für das Zugmittel vorgesehen und an der Innenseite der Umfangswand sind mehrere hydraulische Arbeitskammern angeordnet, deren Begrenzungswände radial angeordnet und zur Längsmittelachse des Antriebsrades gerichtet sind sowie mit ihren freien Stirn seiten mit der Radnabe des Flügelrades in Dichtkontakt stehen. Diese Arbeits kammern werden wiederum durch jeweils einen mit seiner freien Stirnseite mit der Innenseite der Umfangswand in jeder Arbeitskammer in Dichtkontakt stehen den Flügel des Flügelrades in jeweils zwei Druckräume unterteilt, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung und/oder Fixierung jedes Flügels des Flügelrades und damit eine Relativverdrehung und/oder eine stufen lose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken. Die freien Stirnseiten der Flügel derartiger Flügelzellenverstelleinrichtungen weisen dabei zumeist einen dem Radius der Innenseite der Umfangswand entsprechen den oder auch wie bei der EP 0 781 899 AI, kleiner als der Radius der Innensei te der Umfangswand ausgebildeten konvexen Profilquerschnitt auf, während die freien Stirnseiten der radialen Begrenzungswände im Antriebsrad zumeist einen an den Radius der Radnabe des Flügelrades angepaßten konkaven Profilquer schnitt aufweisen. Dadurch entsteht je nach Anzahl der radialen Begrenzungs wände und der Flügel in der Flügelzellen-Verstelleinrichtung ein mehr oder weniger großer Flächenkontakt zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad, welcher, bedingt durch relativ eng begrenzte Toleranzen hinsichtlich der Dicht wirkung zwischen den einzelnen Druckkammern, relativ hohe Reibkräfte zwi schen dem Antriebsrad und dem Flügelrad hervorruft. Diese Reibkräfte sind im ungünstigsten Fall so hoch, daß sie sich negativ auf die Verstellgeschwindigkeit der Flügelzellen-Verstelleinrichtung und damit auf die Thermodynamik der Brennkraftmaschine auswirken.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ver ändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Flügelzellen-Verstelleinrichtung zu konzipieren, bei welcher die durch den Flächenkontakt auftretenden Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad auf ein Minimum reduzierbar sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß die freie Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades und/oder die freie Stirnseite jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades einen die Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad reduzierenden axialen Einfach- oder Mehrfachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand in jeder Arbeitskammer bzw. zur Radnabe des Flügelrades auf weist.

Als eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Flügelzellen- Verstelleinrichtung wird es vorgeschlagen, die freie Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades und/oder jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades bevor zugt mit einem konkaven Profilquerschnitt auszubilden, welcher bei den radialen Begrenzungswänden des Antriebsrades bevorzugt im Radius kleiner als der Radius der Radnabe des Flügelrades ist. Durch diesen konkaven Profilquerschnitt stehen die Flügel des Flügelrades und/oder die radialen Begrenzungswände des Antriebsrades nicht mehr im Flächenkontakt sondern in einem Zweifachlinien kontakt zur Innenseite der Umfangswand bzw. zur Radnabe des Flügelrades und es entsteht ein geringfügiger Hohlraum zur jeweiligen Kontaktfläche, der ein die Schmierungsbedingungen an der Kontaktfläche verbesserndes Druckmittelvolu men enthält sowie zur Aufnahme möglicher Abriebs- oder Schmutzpartikel dient, die sich am Grund des Hohlraumes ablagern.

Bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Flügel zellen-Verstelleinrichtung weist die freie Stirnseite jedes Flügelrades und/oder jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades bevorzugt einen schwalben schwanzförmigen Profilquerschnitt auf. Dadurch stehen die Flügel des Flügelra des und/oder die radialen Begrenzungswände des Antriebsrades ebenfalls nur noch in einem die Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad und dem Flügelrad reduzierenden Zweifachlinienkontakt zur jeweils gegenüberliegenden Kontakt fläche, wobei auch hier ein Hohlraum zur Aufnahme eines Druckmittelvolumens sowie zur Ablagerung von Abrieb oder Schmutzpartikeln entsteht.

Als eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird es darüberhinaus vorgeschla gen, die freie Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades und/oder jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades mit einer axialen Halbrundnut auszubilden, in die ein rollenförmiger Wälzkörper, wie beispielsweise eine Wälzlagernadel oder dergleichen, eingesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform weisen die Flügel des Flügelrades und/oder die radialen Begrenzungswände des Antriebsrades statt des Flächenkontaktes nur noch einen Einfachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades bzw. zur Radnabe des Flügelrades auf, so daß insbesondere durch die eindeutig definierte Kontaktgeometrie der Flügel und/- oder der radialen Begrenzungswände zur jeweils gegenüberliegenden Kontakt fläche die Reibverhältnisse zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad noch weiter verbessert werden. Als vorteilhaft aber nicht zwingend erforderlich hat es sich darüber hinaus erwiesen, den Wälzkörper in der Halbrundnut in einer in die Halbrundnut eingesetzten Kalotte aus Wälzkörpern oder aus Kunststoff zu lagern, um auch die Reibung des Wälzkörpers in der Halbrundnut auf ein Minimum zu reduzieren.

Schließlich wird es als eine vierte, nur die Flügel des Flügelrades betreffende Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Flügelzellen-Verstelleinrich tung vorgeschlagen, daß die freie Stirnseite jedes Flügels des Flügelrades bevor zugt rechtwinklig zu den Seitenflächen des Flügels angeordnet sowie eben ausgebildet ist und eine axiale Quernut aufweist, welche über einen radialen Druckmittelkanal im Inneren oder an einer Seite des Flügels mit der Druckmittel versorgung der Flügelzellen-Verstelleinrichtung verbunden ist. In diese Quernut wird während des Verstellbetriebes unter Druck stehendes hydraulisches Druck mittel eingeleitet, welches für verbesserte Schmierbedingungen bzw. reduzierte Reibkräfte zwischen den Flügeln des Flügelrades und der Innenseite der Um fangswand des Antriebsrades sorgt. Darüber hinaus wirkt der in der Quernut jedes Flügels anliegende und auf die Innenseite der Umfangswand gerichtete Druck des Druckmittels der Fliehkraft des Flügelrades und dem Druckmitteldruck in den Arbeitskammern des Antriebsrades entgegen, so daß die freien Stirnseiten der Flügel des Flügelrades druckentlastet werden sowie die Reibkräfte und damit auch der Verschleiß zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad noch weiter vermindert werden.

Die Erfindung weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Flügelzellen-Verstelleinrichtungen den Vorteil auf, daß durch die Ausbildung der freien Stirnseite der Flügel des Flügelrades und/oder der radialen Begrenzungs wände des Antriebsrades mit speziellen Profilquerschnitten der bisher übliche Flächenkontakt zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad vermieden wird und statt dessen ein Einfach- oder Mehrfachlinienkontakt zwischen jedem Flügel des Flügelrades und der Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades bzw. zwischen jeder radialen Begrenzungswand des Antriebsrades und der Radnabe des Flügelrades besteht. Dadurch werden die Reibkräfte zwischen dem Antriebs rad und dem Flügelrad derart reduziert, daß sie praktisch keinen Einfluß mehr auf die Verstellgeschwindigkeit der Flügelzellen-Verstelleinrichtung haben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Flügelzellen-Verstelleinrichtung;

Fig. 2 den Schnitt A-A nach Fig. 1 und

Fig. 3 die vergrößerte Darstellung der Einzelheit X nach Fig. 2 in mehreren Ausführungsformen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Fig. 1 und 2 geht deutlich eine Flügelzellen-Verstelleinrichtung 1 hervor, mit der die Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine variiert werden können. Diese Flügelzellen-Verstelleinrich tung l besteht aus einem als Außenrotor ausgebildeten Antriebsrad 2 und einem als Innenrotor ausgebildeten Flügelrad 13, wobei das Antriebsrad 2 über ein Zugmittel mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kurbelwelle der Brenn kraftmaschine in Antriebsverbindung steht und das Flügelrad 13 mit einer nicht näher bezeichneten Nockenwelle der Brennkraftmaschine drehfest verbunden ist. Das Antriebsrad 2 weist dabei einen durch eine Umfangswand 3 und zwei Sei tenwände 5, 6 gebildeten Hohlraum 7 auf, in dem das am Umfang seiner Radna be 14 mit vier radial angeordneten Flügeln 15 ausgebildeten Flügelrad 13 einge setzt ist.

Weiterhin ist aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, daß an der Umfangsfläche der Seitenwand 6 des Antriebsrades 2 eine Verzahnung für das Zugmittel vorgesehen ist und daß an der Innenseite der Umfangswand 3 des Antriebsrades 2 vier hydraulische Arbeitskammern 8 angeordnet sind, deren seitliche Begrenzungs wände 9 radial angeordnet und zur Längsmittelachse des Antriebsrades 2 ge richtet sind sowie mit ihren freien Stirnseiten 10 mit der Radnabe 14 des Flügel rades 13 in Dichtkontakt stehen. Diese Arbeitskammern 8 werden durch jeweils einen mit seiner freien Stirnseite 16 mit der Innenseite der Umfangswand 3 in jeder Arbeitskammer 8 in Dichtkontakt stehenden Flügel 15 des Flügelrades 13 wiederum in jeweils zwei Druckräume 11, 12 unterteilt, welche durch wahlwei se, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydrauli schen Druckmittel eine Schwenkbewegung und/oder Fixierung der Flügel 1 5 des Flügelrades 13 und damit eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken.

Der in Fig. 3 gezeigten vergrößerten Einzelheit X in Fig. 2 ist darüber hinaus entnehmbar, daß im konkreten Fall nur die freien Stirnseiten 16 der Flügel 15 des Flügelrades 13 erfindungsgemäß einen die Reibkräfte zwischen dem An triebsrad 2 und dem Flügelrad 13 reduzierenden axialen Einfach- oder Mehr fachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand 3 in jeder Arbeitskammer 8 des Antriebsrades 2 aufweisen. Die Ausführungsformen a) und b) zeigen dabei einen konkaven und einen schwalbenschwanzförmigen Profilquerschnitt der freien Stirnseite 16 der Flügel 15 des Flügelrades 13, mit denen ein Zweifachli nienkontakt zur Innenseite der Umfangswand 3 realisierbar ist und die Schmie rung zwischen Antriebsrad 2 und Flügelrad 13 durch das im gebildeten Hohl raum an der Stirnseite 16 des Flügels 15 sich sammelnde Druckmittel verbessert wird.

Bei den Ausführungsformen c) und d) weist die freie Stirnseite 16 der Flügel 15 des Flügelrades 13 dagegen eine axiale Halbrundnut 19 auf, in welcher ein rollenförmiger Wälzkörper 21 eingesetzt ist. Dadurch ist ein extrem reibungs armer Einfachlinienkontakt der Flügel 15 zur Innenseite der Umfangswand 3 erreichbar, der durch den Einsatz einer in Ausführungsform d) angedeuteten Kalotte 20 aus nadelförmigen Wälzkörpern noch weiter reibungsminimierend ausgebildet werden kann.

Die Ausführungsform e) in Fig. 3 veranschaulicht darüber hinaus eine weitere Möglichkeit der Reduzierung der Reibkräfte zwischen dem Antriebsrad 2 und dem Flügelrad 13, indem die freien Stirnseiten 1 6 der Flügel 15 des Flügelrades 1 3 rechtwinklig zu den Seitenflächen 1 7, 18 der Flügel 1 5 sowie eben ausgebil det sind und eine axiale Quernut 22 aufweisen, welche über einen radialen Druckmittelkanal 23 im Inneren jedes Flügels 15 mit der Druckmittelversorgung der Flügelzellen-Verstelleinrichtung 1 verbunden sind. Durch das während des Verstellbetriebes über den Druckmittelkanal 23 in die Quernut 22 jedes Flügels 15 eingeleitete Druckmittel werden die freien Stirnseiten 16 der Flügel 15 entgegen dem Druck des Druckmittels in den Druckkammern 11, 12 sowie ent gegen der wirkenden Fliehkraft druckentlastet und somit die Reibkräfte zwischen Antriebsrad 2 und Flügelrad 13 reduziert.

Bezugszeichenliste

1

Flügelzellen-Verstelleinrichtung

2

Antriebsrad

3

Umfangswand

4

Verzahnung

5

Seitenwand

6

Seitenwand

7

Hohlraum

8

Arbeitskammern

9

Begrenzungswände

10

freie Stirnseiten

11

Druckraum

12

Druckraum

13

Flügelrad

14

Radnabe

15

Flügel

16

freie Stirnseiten

17

Seitenfläche

18

Seitenfläche

19

Halbrundnut

20

Kalotte

21

Wälzkörper

22

Quernut

23

Druckmittelkanal

Claims

1. Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Flügelzellen-Verstelleinrichtung, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraft maschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2), welches einen durch eine Umfangswand (3) und zwei Seitenwände (5, 6) gebil deten Hohlraum (7) aufweist, und einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad (13), welches am Umfang seiner Radnabe (14) mindestens einen radial angeordneten Flügel (15) aufweist, wobei an der Außenseite der Umfangswand (3) oder an der Umfangsfläche einer der Seitenwände (5, 6) eine Verzahnung (4) vorgesehen ist und an der Innenseite der Umfangswand (3) mindestens eine hydraulische Arbeitskammer (8) mit zur Längsmittelachse des Antriebsrad es (2) gerichteten und mit ihren freien Stirnseiten (10) mit der Radnabe (14) des Flügelrades (13) in Dichtkontakt stehenden radialen Begrenzungswänden (9) angeordnet ist, welche durch jeweils einen mit seiner freien Stirnseite (16) mit der Innenseite der Umfangswand (3) in jeder Arbeitskammer (8) in Dichtkontakt stehenden Flügel (15) des Flügelrades (13) wiederum in jeweils zwei Druckräume (11, 12) unterteilt werden, die durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewe gung und/oder Fixierung jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und damit eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirnseite (16) jedes Flügels (1 5) des Flügelrades (1 3) und/oder die freie Stirnsei te (10) jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) einen die Reib kräfte zwischen dem Antriebsrad (2) und dem Flügelrad (13) reduzierenden axi alen Einfach- oder Mehrfachlinienkontakt zur Innenseite der Umfangswand (3) in jeder Arbeitskammer (8) bzw. zur Radnabe (14) des Flügelrades (1 3 : 1 aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirn seite (10, 16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und/oder jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) bevorzugt einen konkaven Profil querschnitt aufweist, welcher bei den radialen Begrenzungswänden (9) des An triebsrades (2) bevorzugt im Radius kleiner als der Radius der Radnabe (14) des Flügelrades (13) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirn seite (10, 16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und/oder jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) bevorzugt einen schwalbenschwanz förmigen Profilquerschnitt aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirn seite (10, 16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) und/oder jeder radialen Begrenzungswand (9) des Antriebsrades (2) eine axiale Halbrundnut (19) auf weist, in welche ein rollenförmiger Wälzkörper (21) eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirn seite (16) jedes Flügels (15) des Flügelrades (13) bevorzugt rechtwinklig zu den Seitenflächen (17, 18) des Flügels (15) angeordnet sowie eben ausgebildet ist und eine axiale Quernut (22) aufweist, welche über einen radialen Druckmittel kanal (23) im Inneren des Flügels (15) mit der Druckmittelversorgung der Flügel zellen-Verstelleinrichtung (1) verbunden ist.