DE19751836A1 - Coupling device for camshafts in internal combustion engines - Google Patents

Coupling device for camshafts in internal combustion engines

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DE19751836A1 DE1997151836 DE19751836A DE19751836A1 DE 19751836 A1 DE19751836 A1 DE 19751836A1 DE 1997151836 DE1997151836 DE 1997151836 DE 19751836 A DE19751836 A DE 19751836A DE 19751836 A1 DE19751836 A1 DE 19751836A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für Nockenwellen von Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a clutch device for camshafts of internal combustion engines according to the preamble of the main claim.

Vorbekannt ist durch die Schrift DE 41 12 813 A1 eine Vorrichtung zum Verstellen der Steuerzeiten bei einem Steuertrieb einer Brennkraftmaschine. Diese weist eine freie Verdrehbarkeit der Nockenwelle relativ zum Antriebszahnrad mit einem definierten Verstellwinkel auf. Zum Kuppeln der Nockenwelle mit dem Antriebszahnrad wirken Sperrstifte nur in den Endstellungen als Mitnehmer.Known from the document DE 41 12 813 A1 is a device for adjusting the Control times in a timing drive of an internal combustion engine. This shows a free Rotability of the camshaft relative to the drive gear with a defined Adjustment angle on. Act to couple the camshaft to the drive gear Locking pins only in the end positions as drivers.

Das Verstellen der Nockenwelle zum Funktionszahnrad wird bei außer Eingriff stehenden Sperrstiften durch den Freigang im Verstellbereich möglich und durch an der Nockenwelle auftretenden Wechselmomente in beiden Richtungen alternativ bewirkt. Diese Wechsel­ momente entstehen durch das Betätigen der federnd vorgespannten Gaswechselventile bei bestimmten Nockenversätzen auf der Nockenwelle.The adjustment of the camshaft to the functional gearwheel is carried out when they are out of engagement Locking pins are possible through the clearance in the adjustment area and through on the camshaft alternating effects occurring in both directions. These changes Moments arise when the spring-loaded gas exchange valves are actuated certain cam offsets on the camshaft.

Der Verstellwinkel zwischen Nockenwelle und Antriebszahnrad wird generell durch Anschlagstifte in langlochförmigen Ausnehmungen bestimmt. Die Verdrehung zwischen Nockenwelle und Antriebszahnrad innerhalb des gewünschten Verstellwinkels der Nockenwelle ist durch das Anliegen der Anschlagstifte an den Enden der Ausnehmungen begrenzt.The adjustment angle between the camshaft and drive gear is generally determined by Stop pins determined in slot-shaped recesses. The twist between Camshaft and drive gear within the desired adjustment angle of the Camshaft is due to the abutment of the stop pins at the ends of the recesses limited.

Das dem Nocken entgegengesetzte Ende der Nockenwelle trägt eine verschiebbare und mit einem hydraulischen Stellmotor gekoppelte Stellhülse, in der die Anschlag- und Sperrstifte fest angeordnet sind. Die Anschlag- und Sperrstifte greifen in korrespondierende Ausnehmungen bzw. Bohrungen des Antriebszahnrades ein. Dabei sind die Anschlagstifte so lang ausgeführt, daß sie auch bei axialer Verschiebung der Stellhülse in ihre äußere Stellung stetig in die Ausnehmungen des Antriebszahnrades hineinreichen. The end of the camshaft opposite the cam carries a displaceable and with a hydraulic actuator coupled adjusting sleeve in which the stop and locking pins are firmly arranged. The stop and locking pins engage in corresponding ones Recesses or bores of the drive gear. Here are the stop pins executed so long that even with axial displacement of the adjusting sleeve in its outer Reach the position steadily into the recesses of the drive gear.  

Der Betätigungsmechanismus für die Anschlag- und Sperrstifte ist aufwendig.The actuating mechanism for the stop and locking pins is complex.

Weiterhin ist durch die Schrift DE 196 18 189 A1 eine Stiftkupplung zum gezielten Zu- und Abschalten von Teilwellen einer mehrteiligen Nockenwelle vorbekannt.Furthermore, the document DE 196 18 189 A1 provides a pin coupling for the targeted engagement and disengagement Shutdown of partial shafts of a multi-part camshaft previously known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Kupplungseinrichtung zur Nockenwellenverstellung die Rastbolzen und deren Betätigung konstruktiv zu vereinfachen und einen sicheren Eingriff der Rastelemente zu gewährleisten.The invention has for its object in a generic coupling device for camshaft adjustment the locking bolts and their actuation simplify and ensure a secure engagement of the locking elements.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Druckmittelbetätigung der Rastbolzen ist konstruktiv einfach, dabei wird eine Überdeckung beim Lösen und Ineingriffbringen möglich.This object is achieved with the features of claim 1 Pressure medium actuation of the locking bolts is structurally simple, with an overlap possible when loosening and engaging.

Eine weitere vorteilhafte Gestaltung wird im Zusammenhang der Beschreibung erläutert.A further advantageous design is explained in the context of the description.

Die Rastbolzen sind bevorzugt durch Federn in ihre Rastposition vorbelastet, während die dieser Rastposition entgegengesetzte Position bevorzugt durch die Druckmittelbetätigung einstellbar ist.The locking bolts are preferably biased into their locking position by springs, while the this opposite position preferably by the pressure medium actuation is adjustable.

Es kann desweiteren bevorzugt vorgesehen sein, daß zwischen Nockenwelle und dem Beispielsweise als Zahnrad ausgebildeten Antriebsrad eine Vorspannfeder angeordnet ist, welche das über das Antriebsrad aufgebrachte Wechselantriebsmoment ganz oder teilweise derart kompensiert, daß eine schnellere Verstellzeit erzielbar ist.It can furthermore preferably be provided that between the camshaft and the For example, a biasing spring designed as a gear wheel is arranged, which completely or partially the alternating drive torque applied via the drive wheel compensated in such a way that a faster adjustment time can be achieved.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß mehr als zwei Drehwinkel-Ver­ stellpositionen durch eine entsprechende Anzahl von Rastbolzen und zugehörigen Ausnehmungen ansteuerbar sind.In a further advantageous embodiment, it can be provided that more than two rotation angle Ver positions by a corresponding number of locking bolts and associated Recesses are controllable.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.Further advantages and features of the invention result from the following a drawing embodiment explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplungseinrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle relativ zu deren Antriebszahnrad, Fig. 1 shows a longitudinal section through a coupling device for adjusting a camshaft relative to its drive gear,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Rastbolzen und korrespondierenden Ausnehmungen und Fig. 2 is a schematic representation of the locking bolts and corresponding recesses and

Fig. 3 eine schematische Darstellung mit einer weiteren Ausführungsform der Rastbolzen. Fig. 3 is a schematic representation with a further embodiment of the locking bolt.

Fig. 1 zeigt die Antriebsseite einer Nockenwelle 1 zur Betätigung von Gaswechselventilen mit einem Antriebszahnrad 2, welches z. B. mittels einer Kette von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Nockenwelle 1 ist in einem Stützlager 3 des nicht dargestellten Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine drehbar gelagert. Im Antriebszahnrad 2 befinden sich je zwei gegenüberliegend angeordnete verschiebbare Rastbolzen 4, 4'; 5' (siehe auch Fig. 2 und 3). Fig. 1 shows the drive side of a camshaft 1 for actuating gas exchange valves with a drive gear 2 , which, for. B. is driven by a chain from the crankshaft of the internal combustion engine. The camshaft 1 is rotatably mounted in a support bearing 3 of the cylinder head, not shown, of the internal combustion engine. In the drive gear 2 there are two oppositely arranged displaceable locking bolts 4 , 4 '; 5 '(see also FIGS. 2 and 3).

Die Rastbolzen 4; 4'; 5; 5' stützen sich mit ihrem einen Ende gegen Federn 6 im Antriebszahnrad 2 ab. Mit dem anderen kegelig ausgeführten Ende greifen die Rastbolzen 4; 4', 5, 5' wechselweise in kegelig ausgeführte Ausnehmungen 7; 7'; 8; 8' der Nockenwelle 1 ein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Rastbolzen 4; 5 mit einer zweistufigen Kegelform 9 ausgeführt, siehe Fig. 3.The locking bolts 4 ; 4 ';5; 5 'are supported with one end against springs 6 in the drive gear 2 . With the other conical end, the locking pins 4 ; 4 ', 5 , 5 ' alternately in tapered recesses 7 ; 7 ';8; 8 'of the camshaft 1 . In a further embodiment, locking bolts 4 ; 5 with a two-stage conical shape 9 , see Fig. 3rd

Weiterhin ist zumindest ein Anschlagstift 10 im Antriebszahnrad 2 fest angeordnet, der in eine korrespondierende langlochförmige Ausnehmung 11 der Nockenwelle 1 eingreift (siehe Fig. 3).Further, a stopper pin is at least 10 fixedly arranged in the driving gear 2, which engages in a corresponding slot-shaped recess 11 of the cam shaft 1 (see Fig. 3).

Innerhalb der Nockenwelle 1 befindet sich ein Schaltkolben 12, der über Druckmittelkanäle 13, 14, die zu den Ausnehmungen 7; 7'; 8; 8' führen, über eine Ringnut 15, eine Bohrung 16 und einen Druckmittelkanal 17 in Abhängigkeit von seiner Stellung eine wirksame Verbindung zu einer nicht dargestellten Druckmittelquelle herstellt. Der jeweils nicht von der Druckmittelquelle beaufschlagte Druckmittelkanal 13 oder 14 wird in nicht dargestellter Weise über den Schaltkolben 12 belüftet.Within the camshaft 1 there is a switching piston 12 , which via pressure medium channels 13 , 14 which lead to the recesses 7 ; 7 ';8; 8 'lead, via an annular groove 15 , a bore 16 and a pressure medium channel 17 , depending on its position, creates an effective connection to a pressure medium source, not shown. The pressure medium channel 13 or 14 not acted upon by the pressure medium source is ventilated in a manner not shown via the switching piston 12 .

Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung bildet eine Zweipunktverstellung, deren beide Einstellungen alternativ mittels der verschiebbaren Rastbolzen 4; 4'; 5; 5' gesichert werden. Bei hydraulisch entkoppelten Rastbolzen, zum Beispiel 4; 4', wird durch die wirkenden Nockenwellenwechselmomente eine Relativverdrehung zwischen Nockenwelle 1 und dem Antriebszahnrad 2 bewirkt, welche die Verstellung bildet, bis die anderen Rastbolzen, zum Beispiel 5; 5', in Eingriff mit den Ausnehmungen, zum Beispiel 7; 7' gelangen.The coupling device according to the invention forms a two-point adjustment, the two settings of which alternatively by means of the displaceable locking bolts 4 ; 4 ';5; 5 'are secured. With hydraulically decoupled locking bolts, for example 4 ; 4 ', the acting camshaft alternating torques causes a relative rotation between camshaft 1 and drive gear 2 , which forms the adjustment, until the other locking bolts, for example 5 ; 5 ', in engagement with the recesses, for example 7 ; 7 'arrive.

In der gemäß Fig. 2 gezeigten Ausführung befinden sich die Rastbolzen 4, 4' in der Raststellung. In dieser Stellung rasten die Rastbolzen 4, 4' durch Federkraft in den Ausnehmungen 8, 8' ein, siehe auch Fig. 1.In the embodiment shown in FIG. 2, the locking bolts 4 , 4 'are in the locking position. In this position, the locking bolts 4 , 4 'snap into the recesses 8 , 8 ' by spring force, see also FIG. 1.

Über den Schaltkolben 12 sind die Ausnehmungen 8; 8' druckentlastet - nicht dargestellt -, so daß beim Umschalten die Rastbolzen 4; 4' das Restöl schneller verdrängen können.Via the switching piston 12, the recesses 8; 8 'relieved of pressure - not shown - so that when switching the locking pin 4 ; 4 'can displace the residual oil faster.

Nach Umschaltung des Schaltkolbens 12 werden die Rastkolben 4; 4' über den Druckmittelkanal 14 hydraulisch beaufschlagt, und die Rastkolben 4; 4' verschieben sich entgegen der Feder 6 im Antriebszahnrad 2, wobei sie aus den Ausnehmungen 8; 8' heraustreten.After switching the switching piston 12 , the locking piston 4 ; 4 'acted upon hydraulically via the pressure medium channel 14 , and the locking pistons 4 ; 4 'move against the spring 6 in the drive gear 2 , whereby they out of the recesses 8 ; 8 'step out.

Die Rastbolzen 5; 5' rasten nach Relativverdrehung zwischen Nockenwelle 1 und Antriebszahnrad 2 in Pfeilrichtung in andere Ausnehmungen 7; 7' (Fig. 2). Die Verstellung erfolgt jeweils um den Verdrehwinkel ϕ, der durch den Anschlagstift 10 begrenzt ist, welcher sich nur innerhalb der Endflächen der langlochförmigen Ausnehmung 11 bewegen kann.The locking bolts 5 ; 5 'snap after relative rotation between camshaft 1 and drive gear 2 in the direction of the arrow in other recesses 7 ; 7 '( Fig. 2). The adjustment takes place in each case by the angle of rotation ϕ, which is limited by the stop pin 10 , which can only move within the end faces of the slot-shaped recess 11 .

Durch spezielle Gestaltung der Rastbolzen 5; 5' mit einer zweistufigen Kegelform wird bereits bei geringer Relativverdrehung zwischen Nockenwelle 1 und Antriebszahnrad 2 ein Teileingriff der koppelnden Rastbolzen mit der ebenfalls zweistufigen Kegelkontur der Ausnehmungen 7; 8 möglich, siehe Fig. 3.By special design of the locking pin 5 ; 5 'with a two-stage cone shape, partial engagement of the coupling locking bolts with the likewise two-stage cone contour of the recesses 7 ; is already at a slight relative rotation between the camshaft 1 and the drive gear 2 ; 8 possible, see Fig. 3.

Das bedeutet, daß bei noch nicht vollständiger Einstellung des Verdrehwinkels der entkoppelnde Rastbolzen sich noch im Bereich der ersten Ausnehmung und der koppelnde Rastbolzen schon teilweise in einer zweiten Ausnehmung im Teileingriff befinden kann, nicht dargestellt. This means that if the angle of rotation is not yet fully adjusted decoupling locking bolts are still in the area of the first recess and the coupling Locking bolt can already be partially in part engagement in a second recess shown.  

Die vorderen Kegelteile 9 an den Rastbolzen 4; 5 sowie an den Ausnehmungen 7; 8 erleichtern den Einkoppelvorgang, der bereits vor einem vollständigen Eingriff kraft- und formschlüssig beginnen kann.The front cone parts 9 on the locking pin 4 ; 5 and on the recesses 7 ; 8 facilitate the coupling process, which can begin with a positive and positive fit even before a complete intervention.

Durch die zusätzliche Anwendung einer Vorspannfeder 18 zwischen der Nockenwelle 1 und dem Antriebsrad 2 kann das über das Antriebsrad 2 aufgebrachte Antriebsmoment ganz oder teilweise in der Wirkung für den Verstellvorgang kompensiert werden, so daß eine Optimierung der Verstellzeiten möglich wird.Through the additional use of a biasing spring 18 between the camshaft 1 and the drive wheel 2 , the drive torque applied via the drive wheel 2 can be fully or partially compensated for in the effect of the adjustment process, so that an optimization of the adjustment times is possible.

In Abweichung von dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann der Eingriff der Rastbolzen 4; 5 auch schräg bzw. radial erfolgen.In deviation from the illustrated embodiment, the engagement of the locking pin 4 ; 5 also take place obliquely or radially.

Die Vorzüge der Erfindung bestehen in der vereinfachten Gestaltung der Kupplungs­ einrichtung, insbesondere hinsichtlich der Rastelemente und deren Betätigung.The advantages of the invention consist in the simplified design of the coupling device, in particular with regard to the latching elements and their actuation.

Claims (9)

1. Kupplungseinrichtung für Nockenwellen von Brennkraftmaschinen, mittels der die Nockenwelle relativ zu einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine getriebenen Antriebsrad über einen begrenzten Drehwinkelbereich in beiden Drehrichtungen frei vom Antriebsrad durch Drehungleichförmigkeiten verstellbar ist und wobei Rastbolzen zwischen Antriebsrad und Nockenwelle in Eingriff bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei schiebbar ausgeführte Rastbolzen (4; 5) zwischen Antriebsrad und Nockenwelle (1) angeordnet sind, die wechselweise in korrespondierende Ausneh­ mungen (7; 8) in Eingriff bringbar sind, wobei diese Ausnehmungen (7; 8) mit Druck­ mittelkanälen (13; 14) in Verbindung stehen, die über einen Schaltkolben (12) wechsel­ weise von einer Druckmittelquelle beaufschlagt werden.1. Coupling device for camshafts of internal combustion engines, by means of the cam shaft to a driven from the crankshaft of the engine drive wheel through a limited angular range in both directions of rotation is relatively free from the drive wheel by rotational non-adjustable and said detent pin between the drive wheel and the camshaft are engageable, characterized in that That at least two sliding locking bolts ( 4 ; 5 ) are arranged between the drive wheel and the camshaft ( 1 ), which can alternately be engaged in corresponding recesses ( 7 ; 8 ), these recesses ( 7 ; 8 ) with pressure medium channels ( 13 ; 14 ) are connected, which are alternately acted upon by a pressure medium source via a switching piston ( 12 ). 2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastbolzen (4; 5) wie auch die Ausnehmungen (7; 8) kegelig ausgeführt sind.2. Coupling device according to claim 1, characterized in that the locking bolts ( 4 ; 5 ) and the recesses ( 7 ; 8 ) are conical. 3. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastbolzen (4; 5) und Ausnehmungen (7; 8) einen Doppelkegel aufweisen.3. Coupling device according to claim 2, characterized in that the locking bolts ( 4 ; 5 ) and recesses ( 7 ; 8 ) have a double cone. 4. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastbolzen (4; 5) durch Federn (6) in die Rastposition vorgespannt angeordnet sind. 4. Coupling device according to claim 1, characterized in that the locking bolts ( 4 ; 5 ) are arranged biased by springs ( 6 ) in the locking position. 5. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastbolzen (4; 5) durch hydraulische oder pneumatische Druckmittel in eine der Rastposition entgegengesetzte Position gedrückt werden.5. Coupling device according to claim 4, characterized in that the locking bolts ( 4 ; 5 ) are pressed by hydraulic or pneumatic pressure medium into an opposite position to the locking position. 6. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelbereich (ϕ) durch einen Anschlagstift (11) begrenzt ist.6. Coupling device according to claim 1, characterized in that the angle of rotation range (ϕ) is limited by a stop pin ( 11 ). 7. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen Nockenwelle (1) und Antriebsrad wirkende Vorspannfeder (18).7. Coupling device according to claim 1, characterized by a biasing spring ( 18 ) acting between the camshaft ( 1 ) and the drive wheel. 8. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastbolzen (4; 5) axial verschiebbar angeordnet sind.8. Coupling device according to claim 1, characterized in that the locking bolts ( 4 ; 5 ) are arranged axially displaceable. 9. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastbolzen (4; 5) radial verschiebbar angeordnet sind.9. Coupling device according to claim 1, characterized in that the locking bolts ( 4 ; 5 ) are arranged radially displaceable.
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