DE19848706A1

DE19848706A1 - Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer diese Nockenwelle antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19848706A1
Application number: DE19848706A
Authority: DE
Inventors: Eduard Golovatai-Schmidt; Rainer Ottersbach
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-04-27
Also published as: US6182622B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Relativverdrehung einer Nockenwelle (5) gegenüber einer diese Nockenwelle (5) antreibenden Kurbelwelle, die an dem in einen Kettenschacht (2) hineinragenden, antriebsseitigen Ende (4) der Nockenwelle (5) angeordnet und im wesentlichen als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet ist. Die Vorrichtung (1) besteht dabei aus einem kurbelwellenfesten Bauteil (6) sowie aus einem nockenwellenfesten Bauteil (7) und beide Bauteile (6, 7) sind über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung (1) gebildete Druckräume (8, 9) mittels eines hydraulischen Druckmittels gegeneinander verdreh- oder fixierbar. Die Druckmittelzuführung und -abführung ist durch ein hydraulisches Steuerelement (12) regelbar, welches in einem Hohlraum (10) eines Axialbauteils (11) der Vorrichtung (1) angeordnet ist und durch ein an einem Gehäuseteil (13) des Kettenschachtes (2) befestigtes Stellelement (14) betätigt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das hydraulische Steuerelement (12) als feststehender, hydraulischer Teil eines verstellbaren Hydraulikventils (15) ausgebildet und ausgehend von seinem am Gehäuseteil (13) des Kettenschachtes (2) befestigten Stellelement (14) in den Hohlraum (10) des Axialbauteils (11) der Vorrichtung (1) hineinragend angeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nocken welle gegenüber einer diese Nockenwelle antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des An spruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft bei Brennkraftmaschinen mit kettengetriebenen Nockenwellen anwendbar.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist gattungsbildend aus der DE-OS 196 11 365 vor bekannt. Diese im wesentlichen als hydraulischer Stellantrieb ausgebildete Vorrichtung ist an dem in einen Kettenschacht des Zylinderkopfes der Brenn kraftmaschine hineinragenden, antriebsseitigen Ende der Nockenwelle ange ordnet und besteht aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil sowie aus einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen nockenwellenfesten Bauteil. Das kurbelwellenfeste Bauteil steht dabei mit dem nockenwellenfesten Bauteil in Kraftübertragungsverbindung, indem beide mit Schrägverzahnungen ausgebil det sind, in die ein innerhalb der Vorrichtung angeordneter und axial bewegli cher Stellkolben mit komplementären Schrägverzahnungen eingreift. Über zwei innerhalb der Vorrichtung gebildete, wechselweise oder gleichzeitig mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbare Druckkammern, die von dem Stell kolben gegeneinander abgegrenzt sind, sind beide Bauteile dann gegeneinan der verdreh- oder fixierbar und bewirken eine Relativverdrehung oder eine stu fenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwel le. Die Druckmittelzuführung und -abführung zu und von den Druckkammern der Vorrichtung ist darüber hinaus durch ein koaxial zur Nockenwellenlängs achse in einem Hohlraum eines Axialbauteils der Vorrichtung angeordnetes hydraulisches Steuerelement regelbar, wobei das Axialbauteil als mit einem hohlen Schaftteil ausgebildete Befestigungsschraube des nockenwellenfesten Bauteils ausgebildet ist, die in eine koaxial zur Nockenwellenlängsachse ange ordnete Gewindebohrung einschraubbar ist. Das hydraulische Steuerelement wird dabei durch einen in dem hohlen Schaftteil der Befestigungsschraube angeordneten, axial verschiebbaren Steuerkolben gebildet, der sich mit der Vorrichtung mitdreht und über eine Stößelstange mit einem Stellelement ver bunden ist. Dieses in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftma schine betätigbare Stellelement ist in Verlängerung der Nockenwellenlängs achse an einem gegenüberliegenden Gehäuseteil des Kettenschachtes befe stigt und als entgegen der Kraft einer Rückstellfeder wirkender Elektromagnet ausgebildet.

Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist es, daß deren hydraulisches Steuerelement und dessen Stellelement bzw. deren Elektromagnet und dessen mit dem Steuerkolben verbundener Anker, an zwei verschiedenen Bauteilen der Brennkraftmaschine, nämlich einerseits am feststehenden Kettenschacht gehäuse und andererseits am rotierenden Nockenwellenende befestigt bzw. positioniert sind und somit einer Vielzahl von Störfaktoren unterliegen, die de ren für die Funktion der Vorrichtung notwendiges exaktes Zusammenwirken negativ beeinflussen sowie ursächlich für interne Druckmittelleckagen bzw. für Fehlfunktionen der Vorrichtung sind. So ist es beispielsweise aufgrund der sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zumeist sehr groben Positi onstoleranzen zwischen dem Kettenschachtgehäuse und dem Nockenwellen ende nur durch relativ aufwendige Zentrierungsmaßnahmen möglich, den Elektromagneten mit den notwendigen exakten axialen und radialen Luftspal ten zu dessen Anker am Kettenschachtgehäuse zu montieren. Andererseits ist es trotz achsgenauer Positionierung des Elektromagneten zu dessen Anker nicht vermeidbar, daß durch während des Betriebes der Brennkraftmaschine in radialer Richtung wirkende Störfaktoren, wie beispielsweise durch das Nocken wellen-Lagerspiel und/oder durch eine Durchbiegung des Nockenwellenen des und/oder die Spannung der Antriebskette, der radiale Luftspalt des Ankers zum Elektromagneten unsymmetrisch wird, so daß der Anker einseitig stärker magnetisch angezogen wird und eine Ansteuerung geregelter Positionen des Steuerkolbens zumindest erschwert oder im ungünstigsten Fall durch Verkip pen bzw. Verklemmen des Steuerkolbens sogar unmöglich wird. Zusätzlich beeinflussen die während des Betriebes der Brennkraftmaschine in axialer Richtung wirkenden Störfaktoren, wie beispielsweise die von den Ventiltrieben der Brennkraftmaschine herrührenden Axialvibrationen der Nockenwelle oder die temperaturbedingten Ausdehnungen des Kettenschachtgehäuses und der Nockenwelle, das Kräftegleichgewicht zwischen dem Elektromagneten und der diesem entgegenwirkenden Rückstellfeder des Steuerkolbens bzw. die Hyste rese und die Ansprechempfindlichkeit des Elektromagneten negativ, so daß eine exakte Steuerung der hydraulischen Widerstände bzw. des Druckmittelzu flusses und -abflusses zu und von den Druckkammern der Vorrichtung nur durch eine entsprechende Überdimensionierung des Elektromagneten möglich ist. Diese Überdimensionierung des Elektromagneten hat sich jedoch hinsicht lich der erhöhten Herstellungskosten für eine derartige Vorrichtung als nachtei lig erwiesen und kann auch die aus den axialen und radialen Störfaktoren re sultierenden nachteiligen Wirkungen nicht vollständig beseitigen, so daß inter ne Druckmittelleckagen und/oder hydraulische Kurzschlüsse zwischen den Druckkammern einer solchen Vorrichtung weiterhin nicht ausgeschlossen sind.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Rela tivverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer diese Nockenwelle antrei benden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu konzipieren, bei welcher in terne Druckmittelleckagen zwischen dem hydraulischen Steuerelement und der Vorrichtung auf ein Minimum reduzierbar sind, wobei das hydraulische Steuer element zum einen ohne aufwendige Zentrierungsmaßnahmen zwischen des sen Stellelement und dessen Steuerkolben in der Vorrichtung positionierbar und zum anderen in seiner Funktion von den während des Betriebes der Brennkraftmaschine auftretenden radialen und axialen Störfaktoren unbeein flußbar sein soll.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß das hydraulische Steuerelement der Vorrichtung als feststehender hydraulischer Teil eines verstellbaren Hydraulik ventils ausgebildet ist, welches ausgehend von seinem am Gehäuseteil des Kettenschachtes befestigten Stellelement in den Hohlraum des Axialbauteils der Vorrichtung hineinragend angeordnet ist. Dieses hydraulische Steuerele ment weist ein an dessen Stellelement befestigtes Gehäuse mit wenigstens drei über dessen Umfang verteilten sowie axial zueinander versetzten Ra dialöffnungen auf, welche durch wenigstens vier das hydraulische Steuerele ment umschließende, ringförmige Dichtelemente hydraulisch voneinander ge trennt sind. Das Axialbauteil der Vorrichtung weist demgegenüber wenigstens drei über dessen Außenmantelfläche verteilte, ebenfalls axial zueinander ver setzte und in dessen Hohlraum mündende Radialbohrungen auf, die zur Druckmittelzuführung und -abführung zu und von den Druckkammern der Vor richtung vorgesehen sind. Die Dichtelemente des hydraulischen Steuerele mentes bilden dabei zusammen mit der Innenwandung des Hohlraumes des Axialbauteils mehrere Ringkammern, durch welche jeweils eine der wenigstens drei Radialbohrungen im Axialbauteil der Vorrichtung mit jeweils einer der we nigstens drei Radialöffnungen im hydraulischen Steuerelement hydraulisch verbunden ist.

In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei das Stellelement des hydraulischen Steuerelementes in an sich bekannter Weise als Elektromagnet ausgebildet, während das hydraulische Steuerele ment bevorzugt durch ein direktgesteuertes Proportional-Wegeventil gebildet wird, welches aus einem hohlzylindrischen Cartridge und einem in dessen In neren axial beweglichen Steuerkolben besteht. Möglich ist es jedoch auch, anstelle des Proportional-Wegeventils ein einfaches Schaltventil als hydrauli sches Steuerelement und/oder anstelle des Elektromagneten ein Stellmotor als Stellelement des hydraulischen Steuerelementes einzusetzen. Das hohlzylin drische Cartridge ist dabei als das Gehäuse des hydraulischen Steuerelemen tes ausgebildet, welches die wenigstens drei umfangsverteilten Radialöffnun gen aufweist, wobei jedoch diese wenigstens drei Radialöffnungen ebenso wie die wenigstens drei Radialbohrungen an der Außenmantelfläche des Axial bauteils nur die für den Hydraulikkreislauf der Vorrichtung notwendige Min destanzahl darstellen, das heißt, es ist mindestens ein Zulauf zu der (den) ei nen Druckkammer(n), mindestens ein Zulauf zu der (den) anderen Druckkam mer(n) und mindestens ein Ablauf aus allen Druckkammern zur Funktion der Vorrichtung nötig. Hinsichtlich schnellstmöglicher Schaltzeiten der erfindungs gemäßen Vorrichtung hat es sich dagegen als vorteilhaft erwiesen, anstelle von nur drei Radialöffnungen und drei Radialbohrungen jeweils drei ringförmig angeordnete Reihen von Radialöffnungen und Radialbohrungen im Gehäuse des Stellelementes und im Axialbauteil der Vorrichtung anzuordnen. Die Ra dialöffnungen im Gehäuse des Stellelementes sind dabei bevorzugt ebenfalls in Form von gleichmäßig beabstandeten Bohrungen ausgebildet, die jedoch auch jede andere beliebige Durchbruchsform aufweisen können.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß das mit dem Hohlraum zur Aufnahme des hydraulischen Steuerelementes ausgebildete Axialbauteil der Vorrichtung durch eine Befestigungsschraube zur drehfesten Verbindung des nockenwellenfesten Bauteils mit der Nockenwelle gebildet wird, welche in eine koaxial zur Nockenwellenlängsachse angeordnete Gewin debohrung in die Nockenwelle einschraubbar ist. Diese Befestigungsschraube weist anschließend an deren Gewindeteil einen durchmesservergrößerten Schaftteil auf, in dem der als Axialgrundbohrung ausgebildete Hohlraum für das hydraulische Steuerelement angeordnet ist. Dabei weist der durchmesser vergrößerte Schaftteil der Befestigungsschraube einen kleineren Durchmesser als die Nockenwelle auf, um das auf dem durchmesservergrößerten Schaftteil angeordnete nockenwellenfeste Bauteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch den Kopf der Befestigungsschraube gegen die Stirnseite des an triebsseitigen Endes der Nockenwelle spannen zu können.

Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, daß mit dem Hohlraum zur Aufnah me des hydraulischen Steuerelementes ausgebildete Axialbauteil der Vorrich tung durch das antriebsseitige Ende der Nockenwelle selbst zu bilden, indem dieses Ende mit einer Verlängerung ausgebildet wird, in welcher der ebenfalls als Axialgrundbohrung ausgebildete Hohlraum für das hydraulische Steuerele ment angeordnet ist. Der Endbereich des antriebsseitigen Endes der Nocken welle ist dabei geringfügig durchmesserverringert ausgebildet und weist einen Gewindeabschnitt auf, auf den zur drehfesten Verbindung des nockenwellenfe sten Bauteiles der Vorrichtung mit der Nockenwelle eine ringförmige Befesti gungsmutter aufschraubbar ist. Das auf dem durchmesserverringerten Endbe reich angeordnete nockenwellenfeste Bauteil der erfindungsgemäßen Vorrich tung kann somit durch die Befestigungsmutter in gleicher Weise gegen einen Ringabsatz der Nockenwelle verspannt werden, der durch die Durchmesserver ringerung des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle entstanden ist.

Weiterhin wird es vorgeschlagen, als hydraulisches Druckmittel zur Beauf schlagung der Druckräume der Vorrichtung in an sich bekannter Weise das Motoröl aus dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine zu verwenden. Die Zuleitung dieses Druckmittels zum hydraulischen Steuerelement bzw. zu den Druckräumen der Vorrichtung erfolgt dabei in vorteilhafter Weise derart, daß ausgehend von der vorhandenen Ölversorgung zur Schmierung eines vorrich tungsseitigen Nockenwellen-Gleitlagers im Zylinderkopf der Brennkraftmaschi ne ein Teil des Motoröls über Radialbohrungen in der Nockenwelle in einen Axialkanal in der Nockenwelle abgeleitet wird. Je nach Ausführung des mit dem Hohlraum für das hydraulische Steuerelement ausgebildeten Axialbauteils der Vorrichtung als Befestigungsschraube oder als Verlängerung der Nockenwelle selbst wird dann das Motoröl von diesem Axialkanal in der Nockenwelle entwe der über den mit einer axialen Durchgangsbohrung ausgebildeten Gewindeteil der Befestigungsschraube oder direkt in den Hohlraum im Axialbauteil der Vor richtung weitergeleitet. Von diesem Hohlraum gelangt dann das Motoröl über eine stirnseitige Bohrung im Gehäuse des hydraulischen Steuerelementes in dessen Inneres, von dem es, je nach Stellung des in Abhängigkeit von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine verstellbaren Steuerkolbens des hydraulischen Steuerelementes, entweder direkt der einen (Reihe von) Ra dialöffnung(en) im Gehäuse des hydraulischen Steuerelementes oder über den bevorzugt hohlgebohrten Steuerkolben der anderen (Reihe von) Radialöff nung(en) im Gehäuse des hydraulischen Steuerelementes bzw. in den gere gelten Positionen des Steuerkolbens beiden (Reihen von) Radialöffnungen zugeführt wird. Über die entsprechenden Ringkammern zwischen dem hydrau lischen Steuerelement und der Innenwandung des Axialbauteils sowie über die entsprechenden Radialbohrungen im Axialbauteil der Vorrichtung und über sich daran anschließende Kanäle im nockenwellenfesten Bauteil der Vorrich tung werden somit der (die) eine(n) oder der (die) andere(n) Druckraum (Druck räume) der Vorrichtung bzw. alle gleichzeitig mit dem hydraulischen Druckmit tel beaufschlagt, welches jeweils über die dritte (Reihe von) Radialöffnung(en) sowie über weitere sich daran anschließende Bohrungen und Kanäle bevor zugt in den Kettenschacht des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine wieder abgeführt wird.

Schließlich wird es in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung noch vorgeschlagen, daß die das hydraulische Steuerelement umschlie ßenden Dichtelemente aus einem gegen Abscherung resistenten Material be stehen sowie mit einer Vorspannung ausgebildet und in umlaufenden Ringnu ten am Umfang des hydraulischen Steuerelementes angeordnet sind. Durch diese Vorspannung der Dichtelemente wird dabei eine Radialkraft erzeugt, welche zusammen mit einer radialen Kraftkomponente einer aus Druckdifferen zen zwischen den gebildeten Ringkammern resultierenden dynamischen Dicht kraft bewirkt, daß Druckmittel-Leckagen zwischen den Dichtelementen und der Innenwandung des Hohlraumes des Axialbauteils abgedichtet sind. Gleichzei tig bewirkt eine axiale Kraftkomponente der aus den Druckdifferenzen resultie renden dynamischen Dichtkraft, daß auch Druckmittel-Leckagen zwischen den Dichtelementen und dem hydraulischen Steuerelement vermieden werden. Besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, die Dichtelemente als ge schlitzte Stahldichtringe mit einem quadratischen oder rechteckigen Quer schnitt auszubilden, deren Außendurchmesser unter Erzeugung einer Vor spannung mindestens auf den Durchmesser des Hohlraumes des Axialbauteils der Vorrichtung verringert werden kann. Vom Schutzumfang eingeschlossen sind jedoch auch Dichtringe aus anderen gegen Abscherung resistenten Mate rialien, wie Kunststoffe, Messing, Kupfer oder Legierungen der Letztgenannten, die beim radialen Zusammenpressen ihrer Schlitze bzw. ihrer Ringenden eine gewisse Elastizität aufweisen bzw. eine eigene Vorspannung aufbauen. Als günstigste Form der Schlitze in den Dichtringen haben sich dabei an sich be kannte, von einer Axialfläche zur anderen Axialfläche des Dichtrings schräg oder stufenförmig verlaufende Schlitze erwiesen, um auch Druckmittelleckagen über diese Schlitze zu vermeiden. Ebenso ist der quadratische oder rechtecki ge Querschnitt der Dichtringe nur als bevorzugter Querschnitt anzusehen, der auch in jeder anderen möglichen Form ausgeführt werden kann. Die geraden Axial- und Radialflächen quadratischer oder rechteckiger Ringquerschnitte bieten jedoch sowohl die effektivste Dichtfläche zur Innenwandung des Hohl raumes des Axialbauteils als auch die effektivsten Druckangriffsflächen zur Erzeugung der dynamischen Dichtkraft der Dichtelemente durch das hydrauli sche Druckmittel. Eine weitere Voraussetzung zur Erzeugung dieser dynami schen Dichtkraft der Dichtelemente ist, daß diese bevorzugt ein Radial- und ein Axialspiel zur jeweiligen Ringnut im hydraulischen Steuerelement aufweisen. Dies ist realisierbar, indem diese mit einem größeren Innendurchmesser als der Ringnutinnendurchmesser ausgebildet sind und eine geringere Dicke als die Ringnutbreite aufweisen. Dadurch kann der Druck des hydraulischen Druckmittels sowohl auf den in jeder Ringnut angeordneten Teil der Axialflä chen der Dichtelemente als auch auf die innere Radialfläche der Dichtelemente wirken und die Dichtelemente dichten sich selbsttätig je nach Druckrichtung gegen eine der Axialwände der Ringnuten und gegen die Innenwandung des Hohlraumes des Axialbauteils ab.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer diese Nockenwelle antreibenden Kurbelwelle einer Brenn kraftmaschine weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik be kannten Vorrichtungen den Vorteil auf, daß deren hydraulisches Steuerelement und dessen Stellelement nur noch an einem einzigen Bauteil der Brennkraft maschine, nämlich am Kettenschachtgehäuse des Zylinderkopfes befestigt und ohne aufwendige Drehübertragung zueinander zusammen als einteiliges fest stehendes Hydraulikventil ausgebildet sind. Durch diese feststehende und le diglich in die Vorrichtung hineinragende Anordnung des hydraulischen Steuer elementes sind zeitaufwendige Zentrierungsmaßnahmen zwischen dem Elek tromagneten und dem Anker des Stellelementes ebenso unnötig wie eine ko stenaufwendige Überdimensionierung des Elektromagneten, da das Auftreten unsymmetrischer axialer und/oder radialer Luftspalte zwischen dem Elektroma gneten und dem Anker durch Positionstoleranzen zwischen dem Ketten schachtgehäuse und dem Nockenwellenende oder durch die während des Be triebes der Brennkraftmaschine auftretenden radialen und axialen Störfaktoren praktisch nicht mehr möglich ist. Somit ist sowohl ein Verkippen bzw. Verklem men des Steuerkolbens des hydraulischen Steuerelementes als auch eine ne gative Beeinflussung von Hysterese und Ansprechempfindlichkeit des Elektro magneten ausgeschlossen und jederzeit eine exakte Steuerung der hydrauli schen Widerstände bzw. des Druckmittelzuflusses und -abflusses zu und von den Druckkammern der Vorrichtung möglich. Die dennoch auch bei Brenn kraftmaschinen mit erfindungsgemäß ausgebildeter Vorrichtung auftretenden Positionstoleranzen zwischen dem Kettenschachtgehäuse und dem Nocken wellenende sowie die radialen und axialen Störfaktoren werden dabei in vor teilhafter Weise durch die das hydraulische Steuerelement umschließenden Dichtelemente ausgeglichen, so daß interne Druckmittelleckagen zwischen dem hydraulischen Steuerelement und der Vorrichtung in einfachster Weise auf ein Minimum reduziert werden und Fehlfunktionen der Vorrichtung ausge schlossen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1 eine Teilansicht eines Längsschnittes durch den Zylinder kopf einer Brennkraftmaschine entlang der Nockenwellen längsachse mit einer ersten Ausführungsform einer erfin dungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung;

Fig. 2 eine Teilansicht eines Längsschnittes durch den Zylinder kopf einer Brennkraftmaschine entlang der Nockenwellen längsachse mit einer zweiten Ausführungsform einer erfin dungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Teilansicht X nach den Fig. 1 und 2.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Fig. 1 und 2 geht deutlich jeweils eine Vorrichtung 1 zur Relativ verdrehung einer Nockenwelle 5 gegenüber einer diese Nockenwelle 5 antrei benden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine hervor, mit welcher die Öff nungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine verändert werden können. Diese Vorrichtung 1 ist in bekannter Weise an dem in einen Kettenschacht 2 des Zylinderkopfes 3 der Brennkraftmaschine hinein ragenden, antriebsseitigen Ende 4 der Nockenwelle 5 angeordnet und in bei den Figuren beispielhaft als vane-type-Verstellvorrichtung dargestellt, an deren Stelle jedoch auch andere, im wesentlichen als hydraulische Stellantriebe wir kende, an sich bekannte Typen von Verstellvorrichtungen einsetzbar sind. Un abhängig vom Typ besteht jedoch jede dieser Vorrichtungen 1 aus einem mit der nicht näher dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebs verbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil 6 und aus einem drehfest mit der Nockenwelle 5 verbundenen nockenwellenfesten Bauteil 7, die bei der dar gestellten Vorrichtung 1 durch einen nicht näher bezeichneten, mit einem Ket tenrad und einem Gehäusedeckel verschraubten Stator und durch einen ebenfalls nicht näher bezeichneten, mit mehreren radialen Flügeln ausgebil deten Rotor gebildet werden. Das kurbelwellenfeste Bauteil 6 solcher Vorrich tungen 1 steht dabei mit deren nockenwellenfesten Bauteil 7 in Kraftübertra gungsverbindung und beide Bauteile 6, 7 sind über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung 1 gebildete, wechselweise oder gleichzeitig mit einem hydrauli schen Druckmittel beaufschlagbare Druckkammern 8, 9, die bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung 1 beidseitig des nicht näher bezeich neten Flügels angeordnet sind, gegeneinander verdreh- oder fixierbar. Die Druckmittelzuführung und -abführung zu und von den Druckkammern 8, 9 ist im konkreten Fall durch ein koaxial zur Nockenwellenlängsachse in einem Hohlraum 10 eines Axialbauteils 11 der Vorrichtung 1 angeordnetes hydrauli sches Steuerelement 12 regelbar, welches durch ein in Verlängerung der Nocken wellenlängsachse an einem gegenüberliegenden Gehäuseteil 13 des Ket tenschachtes 2 befestigtes Stellelement 14 in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine betätigt wird.

In den Fig. 1 und 2 ist darüber hinaus deutlich erkennbar, daß das hydrau lische Steuerelement 12 erfindungsgemäß als feststehender, hydraulischer Teil eines durch eine mit ECU bezeichnete Steuereinheit gesteuerten Hydraulik ventils 15 ausgebildet ist, welches ausgehend von seinem am Gehäuseteil 13 des Kettenschachtes 2 befestigten Stellelement 14 in den Hohlraum 10 des Axialbauteils 11 der Vorrichtung 1 hineinragt. Dieses hydraulische Steuerele ment 12 weist ein an dessen Stellelement 14 starr befestigtes Gehäuse 16 auf, wobei das Stellelement 14 in bekannter Weise als Elektromagnet und das hy draulische Steuerelement 12 als direkt gesteuertes Proportional-Wegeventil ausgebildet ist, welches aus einem hohlzylindrischen Cartridge und einem in dessen Inneren axial beweglichen Steuerkolben besteht. In dem durch das Cartridge gebildeten Gehäuse 16 sind, wie aus der vergrößerten Darstellung der Einzelheit X in Fig. 3 ersichtlich ist, drei über dessen Umfang verteilte sowie aus mehreren radialen Bohrungen bestehende Reihen axial versetzter Radialöffnungen 17, 18, 19 angeordnet, welche durch vier das hydraulische Steuerelement 12 umschließende, ringförmige Dichtelemente 20, 21, 22, 23 hydraulisch voneinander getrennt sind. Demgegenüber weist das Axialbauteil 11 der Vorrichtung 1, wie ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist, ebenso drei über dessen Außenmantelfläche verteilte und in dessen Hohlraum 10 mündende Reihen axial versetzter Radialbohrungen 24, 25, 26 auf, die zur Druckmittel zuführung und -abführung zu und von den Druckkammern 8, 9 der Vorrichtung 1 vorgesehen sind. Die Dichtelemente 20, 21, 22, 23 des hydraulischen Steu erelementes 12 bilden deshalb zusammen mit der Innenwandung 27 des Hohl raumes 10 des Axialbauteils 11 mehrere, in Fig. 3 mit 28, 29, 30 bezeichnete Ringkammern, so daß jeweils eine Reihe der Radialbohrungen 24, 25, 26 im Axialbauteil 11 der Vorrichtung 1 mit einer Reihe der Radialöffnungen 17, 18, 19 im Gehäuse 16 des hydraulischen Steuerelementes 12 verbunden ist.

Aus Fig. 1 ist des weiteren entnehmbar, daß das mit dem Hohlraum 10 zur Aufnahme des hydraulischen Steuerelementes 12 ausgebildete Axialbauteil 11 der Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform durch eine Befestigungs schraube 31 gebildet wird, mit der das nockenwellenfest Bauteil 7 der Vorrich tung 1 drehfest an der Nockenwelle 5 verschraubt wird. Diese Befestigungs schraube 31 ist in eine koaxial zur Nockenwellenlängsachse angeordnete Ge windebohrung 32 in die Nockenwelle 5 einschraubbar und weist anschließend an deren Gewindeteil 33 einen durchmesservergrößerten Schaftteil 34 auf, in dem der als Axialgrundbohrung ausgebildete Hohlraum 10 eingearbeitet ist. Deutlich sichtbar weist dieser durchmesservergrößerte Schaftteil 34 einen klei neren Durchmesser als die Nockenwelle 5 auf, so daß das auf dem Schaftteil 34 der Befestigungsschraube 31 angeordnete nockenwellenfeste Bauteil 7 durch den Kopf 35 der Befestigungsschraube 31 gegen die Stirnseite 36 des antriebsseitigen Endes 4 der Nockenwelle 5 spannbar ist.

Alternativ dazu wird in der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsform gezeigt, daß das mit dem Hohlraum 10 zur Aufnahme des hydraulischen Steu erelementes 12 ausgebildete Axialbauteil 11 der Vorrichtung 1 auch durch das antriebsseitige Ende 4 der Nockenwelle 5 selbst gebildet werden kann. Zu die sem Zweck ist dieses antriebsseitige Ende 4 der Nockenwelle 5 im Vergleich zur ersten Ausführungsform verlängert ausgebildet und von dessen Stirnseite her mit dem ebenfalls als Axialgrundbohrung ausgebildeten Hohlraum 10 ver sehen. Der Endbereich 37 des verlängerten antriebsseitigen Endes 4 der Nocken welle 5 ist darüber hinaus gegenüber der Nockenwelle 5 deutlich sichtbar durchmesserverringert ausgebildet und mit einem Gewindeabschnitt 38 verse hen, auf den zur drehfesten Verbindung des nockenwellenfesten Bauteils 7 mit der Nockenwelle 5 eine ringförmige Befestigungsmutter 39 aufschraubbar ist. Dadurch ist das auf dem durchmesserverringerten Endbereich 37 angeordnete nockenwellenfeste Bauteil 7 der Vorrichtung 1 in gleicher Weise gegen einen Ringabsatz 40 spannbar, der durch die Durchmesserverringerung der Nocken welle 5 entstanden ist.

Weiterhin geht es aus den Fig. 1 und 2 hervor, daß als hydraulisches Druckmittel zur Beaufschlagung der Druckkammern 8, 9 der Vorrichtung 1 das Motoröl aus dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Wie in beiden Zeichnungen deutlich sichtbar ist, wird deshalb ein Teil des zur Schmierung eines vorrichtungsseitigen Nockenwellen-Gleitlagers 41 im Zylin derkopf 3 der Brennkraftmaschine vorgesehenen Motoröls über Radialbohrun gen 42 in der Nockenwelle 5 in einen Axialkanal 43 in der Nockenwelle 5 ab geleitet. Von diesem Axialkanal 43 wird das Motoröl dann entweder, wie in Fig. 1 dargestellt, über den mit einer axialen Durchgangsbohrung 44 ausgebil deten Gewindeteil 33 der Befestigungsschraube 31 oder, wie in Fig. 2 abge bildet, direkt in den Hohlraum 10 im Axialbauteil 11 der Vorrichtung 1 weiter geleitet sowie über eine nicht dargestellte stirnseitige Bohrung im Gehäuse 16 des hydraulischen Steuerelementes 12 dessen Steuerkolben zugeführt. Die gestrichelt dargestellten und nicht näher bezeichneten Ölkanäle im nocken wellenfesten Bauteil 7 der Vorrichtung 1 deuten dabei in beiden Zeichnungen an, wie das Motoröl zu den Druckkammern 8, 9 der Vorrichtung 1 weitergeleitet und von diesen in den Kettenschacht 2 des Zylinderkopfes 3 der Brennkraft maschine wieder abgeleitet wird.

In Fig. 3 ist schließlich noch zu sehen, daß die mit einer Vorspannung ausge bildeten und aus einem gegen Abscherung resistentem Material bestehenden Dichtelemente 20, 21, 22, 23 in umlaufenden Ringnuten 45, 46, 47, 48 am Umfang des hydraulischen Steuerelementes 12 angeordnet und als geschlitzte Stahldichtringe mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sind. Diese Stahldichtringe weisen einen Außendurchmesser auf, der durch die Schlitze unter Erzeugung der Vorspannung auf den Durchmesser des Hohlraumes 20 des Axialbauteils 11 der Vorrichtung 1 verringerbar ist und sie sind mit einem Radial- sowie einem Axialspiel in der jeweiligen Ringnut 45, 46, 47, 48 ange ordnet, indem diese einen größeren Innendurchmesser als der Ringnutinnen durchmesser sowie eine geringere Dicke als die Ringnutbreite aufweisen. Da durch sind durch eine aus der Vorspannung der Dichtelemente 20, 21, 22, 23 resultierende Radialkraft und/oder durch eine aus Druckdifferenzen zwischen den gebildeten Ringkammern 28, 29, 30 resultierende dynamische Dichtkraft sowohl Leckagen zwischen den Dichtelementen 20, 21, 22, 23 und dem hy draulischen Steuerelement 12 als auch Leckagen zwischen den Dichtelemen ten 20, 21, 22, 23 und der Innenwandung 27 des Hohlraumes 10 des Axialb auteils 11 der Vorrichtung 1 abgedichtet.

Bezugszzahlenliste

1

Vorrichtung

2

Kettenschacht

3

Zylinderkopf

4

antriebsseitiges Ende

5

Nockenwelle

6

kurbelwellenfestes Bauteil

7

nockenwellenfestes Bauteil

8

Druckkammer

9

Druckkammer

10

Hohlraum

11

Axialbauteil

12

Steuerelement

13

Gehäuseteil

14

Stellelement

15

Hydraulikventil

16

Gehäuse

17

Radialöffnung

18

Radialöffnung

19

Radialöffnung

20

Dichtelement

21

Dichtelement

22

Dichtelement

23

Dichtelement

24

Radialbohrung

25

Radialbohrung

26

Radialbohrung

27

Innenwandung

28

Ringkammer

29

Ringkammer

30

Ringkammer

31

Befestigungsschraube

32

Gewindebohrung

33

Gewindeteil

34

Schaftteil

35

Kopf

36

Stirnseite

37

Endbereich

38

Gewindeabschnitt

39

Befestigungsmutter

40

Ringabsatz

41

Nockenwellen-Gleitlager

42

Radialbohrungen

43

Axialkanal

44

Durchgangsbohrung

45

Ringnut

46

Ringnut

47

Ringnut

48

Ringnut
ECU Steuereinheit von

15

Claims

1. Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer diese Nockenwelle antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit folgen den Merkmalen:

1. die Vorrichtung (1) ist an dem in einen Kettenschacht (2) des Zylinderkopfes (3) der Brennkraftmaschine hineinragenden, antriebsseitigen Ende (4) der Nockenwelle (5) angeordnet und im wesentlichen als hydraulischer Stellan trieb ausgebildet,
2. die Vorrichtung (1) besteht aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftma schine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil (6) und aus einem drehfest mit der Nockenwelle (5) verbundenen nockenwellenfe sten Bauteil (7),
3. das kurbelwellenfeste Bauteil (6) steht mit dem nockenwellenfesten Bauteil (7) in Kraftübertragungsverbindung und beide Bauteile (6, 7) sind über min destens zwei innerhalb der Vorrichtung (1) gebildete, wechselweise oder gleichzeitig mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbare Druck kammern (8, 9) gegeneinander verdreh- und/oder fixierbar,
4. die Druckmittelzuführung und -abführung zu und von den Druckkammern (8, 9) ist durch ein koaxial zur Nockenwellenlängsachse in einem Hohlraum (10) eines Axialbauteils (11) der Vorrichtung (1) angeordnetes hydraulisches Steuerelement (12) regelbar,
5. das hydraulische Steuerelement (12) ist durch ein in Verlängerung der Nocken wellenlängsachse an einem gegenüberliegenden Gehäuseteil (13) des Kettenschachtes (2) befestigtes Stellelement (14) in Abhängigkeit von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine betätigbar,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. das hydraulische Steuerelement (12) als feststehender, hydraulischer Teil eines verstellbaren Hydraulikventils (15) ausgebildet und ausgehend von seinem am Gehäuseteil (13) des Kettenschachtes (2) befestigten Stellele ment (14) in den Hohlraum (10) des Axialbauteils (11) der Vorrichtung (1) hineinragend angeordnet ist,
2. das hydraulische Steuerelement (12) ein an dessen Stellelement (14) befe stigtes Gehäuse (16) mit wenigstens drei über dessen Umfang verteilten sowie axial zueinander versetzten Radialöffnungen (17, 18, 19) aufweist, welche durch wenigstens vier das hydraulische Steuerelement (12) um schließende, ringförmige Dichtelemente (20, 21, 22, 23) hydraulisch von einander getrennt sind,
3. das Axialbauteil (11) der Vorrichtung (1) wenigstens drei über dessen Au ßenmantelfläche verteilte, ebenfalls axial zueinander versetzte und in dessen Hohlraum (10) mündende Radialbohrungen (24, 25, 26) zur Druckmittelzuführung und -abführung zu und von den Druckkammern (8, 9) der Vorrichtung (1) aufweist, und
4. die Dichtelemente (20, 21, 22, 23) des hydraulischen Steuerelementes (12) zusammen mit der Innenwandung (27) des Hohlraumes (10) des Axialbauteils (11) mehrere Ringkammern (28, 29, 30) bilden, durch welche jeweils eine der wenigstens drei Radialbohrungen (24, 25, 26) im Axial bauteil (11) der Vorrichtung (1) mit jeweils einer der wenigstens drei Ra dialöffnungen (17, 18, 19) im hydraulischen Steuerelement (12) hydraulisch verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellele ment (14) des hydraulischen Steuerelementes (12) bevorzugt als Elektro magnet und das hydraulische Steuerelement (12) vorzugsweise als direkt gesteuertes, aus einem hohlzylindrischen Cartridge und einem in dessen Inneren axial beweglichen Steuerkolben bestehendes, Proportional- Wegeventil ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Hohlraum (10) zur Aufnahme des hydraulischen Steuerelementes (12) aus gebildete Axialbauteil (11) der Vorrichtung (1) durch eine Befestigungs schraube (31) zur drehfesten Verbindung des nockenwellenfesten Bauteils (7) mit der Nockenwelle (5) gebildet wird, welche

1. in eine koaxial zur Nockenwellenlängsachse angeordnete Gewindeboh rung (32) in die Nockenwelle (5) einschraubbar ist und
2. anschließend an deren Gewindeteil (33) einen durchmesservergrößerten Schaftteil (34) aufweist, in dem der als Axialgrundbohrung ausgebildete Hohlraum (10) angeordnet ist,
3. wobei der durchmesservergrößerte Schaftteil (34) der Befestigungs schraube (31) einen kleineren Durchmesser als die Nockenwelle (5) auf weist und
4. das auf dem durchmesservergrößerten Schaftteil (34) angeordnete nocken wellenfeste Bauteil (7) durch den Kopf (35) der Befestigungsschraube (31) gegen die Stirnseite (36) des antriebsseitigen Endes (4) der Nocken welle (5) spannbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Hohlraum (10) zur Aufnahme des hydraulischen Steuerelementes (12) aus gebildete Axialbauteil (11) der Vorrichtung (1) durch das antriebsseitige En de (4) der Nockenwelle (5) selbst gebildet wird, welches

1. eine Verlängerung aufweist, in welcher der als Axialgrundbohrung ausge bildete Hohlraum (10) angeordnet ist und
2. an seinem geringfügig durchmesserverringert ausgebildeten Endbereich (37) mit einem Gewindeabschnitt (38) ausgebildet ist,
3. auf den zur drehfesten Verbindung des nockenwellenfesten Bauteils (7) mit der Nockenwelle (5) eine ringförmige Befestigungsmutter (39) auf schraubbar ist,
4. mit welcher das auf dem durchmesserverringerten Endbereich (37) ange ordnete nockenwellenfeste Bauteil (7) gegen den durch die Durchmesser verringerung entstehenden Ringabsatz (40) an der Nockenwelle (5) spannbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als hy draulisches Druckmittel zur Beaufschlagung der Druckkammern (8, 9) der Vor richtung (1) das Motoröl aus dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, welches

1. ausgehend von der Ölversorgung eines vorrichtungsseitigen Nockenwel len-Gleitlagers (41) im Zylinderkopf (3) der Brennkraftmaschine über Ra dialbohrungen (42) in der Nockenwelle (5) in einen Axialkanal (43) in der Nockenwelle (5) ableitbar ist,
2. von diesem Axialkanal (43) entweder über den mit einer axialen Durch gangsbohrung (44) ausgebildeten Gewindeteil (33) der Befestigungs schraube (31) oder direkt in der Hohlraum (10) im Axialbauteil (11) der Vorrichtung (1) weiterleitbar ist und
3. von diesem Hohlraum (10) über eine stirnseitige Bohrung im Gehäuse (16) des hydraulischen Steuerelementes (12) dessen Steuerkolben zu führbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

1. die bevorzugt mit einer Vorspannung ausgebildeten Dichtelemente (20, 21, 22, 23) aus einem gegen Abscherung resistenten Material bestehen und in umlaufenden Ringnuten (45, 46, 47, 48) am Umfang des hydrauli schen Steuerelementes (12) angeordnet sind,
2. wobei durch eine aus der Vorspannung der Dichtelemente (20, 21, 22, 23) resultierende Radialkraft und durch eine aus Druckdifferenzen zwischen den gebildeten Ringkammern (28, 29, 30) resultierende dynamische Dichtkraft sowohl Leckagen zwischen den Dichtelementen (20, 21, 22, 23) und dem hydraulischen Steuerelement (12) als auch Leckagen zwischen den Dichtelementen (20, 21, 22, 23) und der Innenwandung (27) des Hohl raumes (10) des Axialbauteils (11) der Vorrichtung (1) abgedichtet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtele mente (20, 21, 22, 23)

1. bevorzugt als geschlitzte Stahldichtringe mit quadratischem oder rechtecki gem Querschnitt ausgebildet sind, deren Außendurchmesser unter Er zeugung einer Vorspannung mindestens auf den Durchmesser des Hohl raumes (10) des Axialbauteils (11) der Vorrichtung (1) verringerbar ist, und
2. bevorzugt ein Radial- und ein Axialspiel zur jeweiligen Ringnut (45, 46, 47, 48) im hydraulischen Steuerelement (12) aufweisen, indem diese mit ei nem größeren Innendurchmesser als der Ringnutinnendurchmesser aus gebildet sind und eine geringere Dicke als die Ringnutbreite aufweisen.