DE19856318B4

DE19856318B4 - Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19856318B4
Application number: DE19856318A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Kapp (FH); Jens Dipl.-Ing. Schäfer; Martin Dipl.-Ing. Steigerwald
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: DE19856318A1; DE19861252B4

Abstract

Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle (1) einer Brennkraftmaschine, mit
– einem Antriebsrad (2), das drehwinkelbeweglich mit der Welle verbunden ist,
– einem Verstellelement (3) zur Drehwinkelverstellung des Antriebsrades (2) gegenüber der Welle mit Kammern zur wechselseitigen Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Verstellelementes und
– zumindest einem Verriegelungselement zur lösbaren Arretierung des Antriebsrades (2) in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Welle, wobei bei der Entriegelung der Verriegelungselementes eine Entlüftung über eine Entlüftungsleitung (4) erfolgt,
– dadurch gekennzeichnet,
– daß die Entlüftungsleitung (4) mit einer zum Zeitpunkt der Entriegelung weitestgehend drucklosen Kammer (5) des Verstellelementes (3) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem Antriebsrad, das drehwinkelbeweglich mit der Welle verbunden ist, einem Verstellelement zur Drehwinkelverstellung des Antriebsrades gegenüber der Welle mit Kammern zur wechselseitigen Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Verstellelementes und einem bei Entriegelung entlüftbaren Verriegelungselement zur lösbaren Arretierung des Antriebsrades in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Welle.
Hintergrund der Erfindung
Eine Stellvorrichtung gemäß der vorgenannten Gattung wird häufig als kettengetriebener Radialkolbenversteller ausgeführt, der unter einer separaten Kettentriebabdeckung angeordnet ist. Die Entlüftung des Verriegelungselementes kann bei derartigen Stellvorrichtungen in den abgedichteten Zylinderkopf und von dort in die Ölwanne erfolgen, ohne daß Hydrauliköl in die Umwelt freigesetzt wird.
Die DE 196 30 174 A1 zeigte eine derartige Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Welle relativ zu einem Antriebsrad. Die Vorrichtung weist einen Grundkörper, der mit der Welle drehfest verbunden ist, sowie einen Verzahnungsträger auf, der mit dem Antriebsrad drehfest verbindbar ist. Der Verzahnungsträger ist als Ketten- oder Zahnriemenrad ausgeführt.
Der Grundkörper weist in radialem Abstand zur Drehachse der Vorrichtung eine zylindrische Aufnahme für ein Arretiersteckelement auf. Das Arretiersteckelement ist als zylindrischer Kolben ausgebildet, an dessen dem Verzahnungsträger zugewandten Stirnseite ein Arretierstift zentrisch angeordnet ist, dessen Durchmesser geringer als der des Kolbens ist. An der dem Verzahnungsträger abgewandten Seite des Kolbens liegt ein Ende einer Druckfeder an, deren anderes Ende gegen eine Rückplatte anliegt, die ihrerseits durch einen Sicherungsring in der Aufnahme gehaltert ist. Die Druckfeder ist auf Druck vorgespannt und übt somit auf den Kolben eine Druckkraft in Wellenlängsrichtung, d. h. in Richtung der Drehachse, aus.
Der Verzahnungsabschnitt weist eine Arretierausnehmung auf, die in Grundstellung mit dem Arretierstift des Arretiersteckelementes fluchtet. Der Innendurchmesser dieser Arretierausnehmung ist so ausgelegt, dass sie den Arretierstift möglichst spielfrei aufnehmen kann.
In der Rückplatte ist eine zentrische Öffnung angeordnet, durch die Leckageöl in die Umgebung abgegeben werden kann.
In den DE 697 12 992 T2 , DE 697 13 995 T2 und DE 697 31 012 T2 , sind weitere Vorrichtungen offenbart, die ebenfalls eine Arretiervorrichtung aufweisen. Diese Vorrichtungen weisen einen inneren und einen äußeren Rotor auf. Dabei ist der innere Rotor starr auf einer drehbaren Welle und der äußere Rotor drehbar auf dem inneren Rotor montiert. In dem äußeren Rotor ist eine Aufnahmebohrungen ausgebildet, in dem ein Arretierstift angeordnet ist. Die Aufnahmenbohrung erstreckt sich ausgehend von einer äußeren Mantelfläche des äußeren Rotors radial nach innen. Die Aufnahmebohrung hat eine stufenförmige Ausführung und ist an seinem radial innersten Ende kleiner ausgebildet als die radial äußere Öffnung. Die radial äußere Öffnung der Rückführungsbohrung ist mit einem Halter bedeckt, der eine zentrale Bohrung aufweist, die zur Entlüftung von Leckageöl zur Umgebung dient.
Bei nicht abgekapselten riemengetriebenen Stellvorrichtungen würde eine derartige Entlüftung des Verriegelungselementes dazu führen, daß das Öl direkt in die Umwelt gelangt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere riemengetriebene Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, zu schaffen, bei der auch ohne Abdichtung oder Kapselung der Stellvorrichtung eine Freisetzung von Hydrauliköl bei der Entlüftung des Verriegelungselementes vermieden wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und weitere Aufgaben, die sich unter anderem auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung ergeben, werden dadurch gelöst, daß die Entlüftungsleitung bei einer Entriegelung des Verriegelungselementes mit einer zum Zeitpunkt der Entriegelung weitestgehend drucklosen Kammer des Verstellelementes der Stellvorrichtung verbunden ist.
Bei einer Betätigung des Verriegelungselementes zur Entriegelung der Arretierung zwischen Antriebsrad und Verstellelement, z. B. nach dem Start der Brennkraftmaschine, wird das Verriegelungselement in seiner Position verschoben und/oder geschwenkt, wobei das drainageseitige Ölvolumen des Verriegelungselementes über die Entlüftungsleitung in eine zum Zeitpunkt der Entriegelung des Verriegelungselementes drucklose Kammer der Stellvorrichtung abgeführt wird. Unabhängig vom Arbeitsprinzip der Stellvorrichtung (Axialkolben- oder Radialkolbenversteller) und von der Anzahl der vorhandenen Kammern zur wechselseitigen Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit wird das zu entlüftende Ölvolumen oder Ölpolster über die Entlüftungsleitung erfindungsgemäß einer oder der gerade drucklosen Kammer zugeführt.
Beim Start einer Brennkraftmaschine ist es aus technischen Gründen oftmals notwendig, daß über das arretierte Verriegelungselement eine definierte Winkelstellung des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle sichergestellt ist. Nach erfolgten Motorstart kann das Verriegelungselement entriegelt werden und in eine oder die drucklose Kammer der Stellvorrichtung entlüftet werden. Anschließend kann das Verstellelement der Verstellvorrichtung zur Einstellung verschiedener Winkelstellungen des Antriebsrades gegenüber der Nockenwelle betätigt werden, während sich das Verriegelungselement in einer entriegelten und entlüfteten Position befindet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Verriegelungselement als Stift, Formstift, Flügelelement, Dichtleiste oder Dichtrolle ausgebildet sein, je nach dem, welches Prinzip der Stellvorrichtung (Axialkolben- oder Radialkolbenversteller) verwirklicht wird. Unabhängig von der konstruktiven Ausbildung des Verriegelungselementes erfolgt stets eine Entlüftung in eine drucklose Kammer des Verstellelementes. Durch geeignete Bohrungen oder Nuten kann eine Verbindung der drainageseitigen Abschlußfläche des Verriegelungselementes über die Entlüftungsleitung mit der drucklosen Kammer des Verstellelementes stattfinden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Entlüftungsleitung eine radial verlaufende Bohrung aufweisen, wodurch eine direkte Verbindung des drainageseitigen Bereiches des Verriegelungselementes mit einer benachbarten drucklosen Kammer realisiert werden kann. Bei einer Entlüftungsleitung mit radial verlaufender Bohrung können beim startenden oder laufenden Motor aufgrund der Rotation des Antriebsrades auftretende Fliehkräfte genutzt werden, um die zu entlüftende Hydraulikflüssigkeit vom drainageseitigen Bereich des Verriegelungselementes in eine in radialer Richtung angeordnete drucklose Kammer des Verstellelementes zu entlüften.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Entlüftungsleitung einen axial verlaufenden Bohrungsabschnitt bzw. weist eine axial verlaufende Bohrung auf. Hierdurch kann bei einem bei der Betätigung axial verschobenen Verriegelungselement eine Entlüftung ohne Umlenkung der Hydraulikflüssigkeit stattfinden.
Die Entlüftungsleitung kann auch aus mehreren axial und radial verlaufenden Bohrungsabschnitten bestehen, die vom drainageseitigen Bereich des Verriegelungselementes zur drucklosen Kammer des Verstellelementes führen. Dabei kann die Entlüftungsleitung auch einen Abschnitt aufweisen, der über eine Ausnehmung des Verstellelementes führt, in welcher der Schraubenkopf der Zentralschraube zur Befestigung des Verstellelementes an der Nockenwelle aufgenommen ist. Die Entlüftungsleitung führt dabei ausgehend von der drainageseitigen Abschlußfläche des Verriegelungselementes über die Ausnehmung zur Aufnahme des Schraubenkopfes zur drucklosen Kammer des Verstellelementes.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch die frontseitige Abdeckwand des Verstellelementes Bohrungsabschnitte aufweisen und zumindest einen Teil der Entlüftungsleitung beinhalten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Entlüftungsleitung ein Rückschlagventil vorhanden, um bei einem Druckaufbau in der anfangs drucklosen Kammer eine Rückübertragung von Hydraulikflüssigkeit in den drainageseitigen Abschlußbereich des Verriegelungselementes zu unterbinden. Hierdurch wird sichergestellt, daß ein Transport von Hydraulikflüssigkeit allein in der gewünschten Entlüftungsrichtung d. h. von der drainageseitigen Abschlußfläche des Verriegelungselementes in Richtung der druck-losen Kammer des Verstellelementes stattfindet.
Eine besonders kompakte Bauform der Stellvorrichtung kann realisiert werden, wenn das Antriebsrad und das Verstellelement eine integrierte Baueinheit bil den, indem z. B. das Verstellelement im radialen Innenbereich des Antriebsrads angeordnet wird. Eine derartige integrierte Stellvorrichtung kann mittels Zentralschraube besonders einfach und zügig an einer Vielzahl von Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen angebracht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend bevorzugte Beispiele beschrieben. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung mit einer radial verlaufenden Entlüftungsleitung,
2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung mit einer Entlüftungsleitung mit axial verlaufendem Bohrungsabschnitt und
3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung mit einer Entlüftungsleitung mit Rückschlagventil.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine aus dem Verstellelement 3 und dem Antriebsrad 2 bestehende Stellvorrichtung, die über eine Zentralschraube 11 an der im Zylinderkopf 16 einer Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle 1 befestigt ist. Das Verstellelement 3 umfaßt einen als axial verschiebbares Verriegelungselement ausgebildeten Stift 6, der in der abgebildeten Verriegelungsposition das Antriebsrad 2 in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Nockenwelle 1 arretiert.
Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird der Stift 6 durch axiale Verschiebung in Richtung der Wand 13 entriegelt um eine gewünschte Verstellung der Winkelstellung des Antriebsrades 2 gegenüber der Nockenwelle 1 zur Einstellung gewünschter Steuerzeiten zu erreichen. Bei der Entriegelung des Stiftes 6 bewegt sich letzterer mit seiner Abschlußfläche 15 in den drainageseitigen Be reich 22, wodurch das dort befindliche Ölvolumen oder Ölposter über die als radiale Bohrung 7 ausgebildete Entlüftungsleitung 4 in die zum Betätigungszeitpunkt des Stiftes 6 drucklose Kammer 5 entlüftet wird. Das entlüftete Ölvolumen verbleibt in der Stellvorrichtung bzw. im Zylinderkopf oder in der Ölwanne und wird nicht an die Umwelt abgegeben.
Das Antriebsrad 2 ist mit Bohrungen 18 des Antriebsrades 2 durchgreifende und in Gewinde 19 des Flansches 21 des Verstellelementes 3 eingreifende Befestigungsschrauben 17 am Verstellelement befestigt. Über die Zentralschraube 11 ist die gesamte Stellvorrichtung an der Nockenwelle 1 befestigt, wobei der Schraubenkopf 10 der Zentralschraube 11 in der Ausnehmung 9 des Verstellelementes 3 aufgenommen ist.
Aus den 2 und 3 gehen alternative Ausführungsformen der Erfindung hervor. Bereits im Zusammenhang mit 1 angeführte Bezugszeichen werden nicht nochmals erläutert.
Im Ausführungsbeispiel nach 2 besitzt die Entlüftungsleitung 4 eine axial verlaufenden Bohrung 8 und eine in der Wand 13 des Verstellelementes 3 angebrachte Aussparung 12, welche in die drucklose Kammer 5 oder eine weitere nicht abgebildete drucklose Kammer der Stellvorrichtung bzw. in die Ausnehmung 9 zur Aufnahme des Schraubenkopfes 10 der Zentralschraube 11 führt.
Die Stellvorrichtung nach 3 besitzt eine Entlüftungsleitung 4 mit einer axial verlaufenden Bohrung 8 und einer radial verlaufenden Nut 7a, welche in die Ausnehmung 9 zur Aufnahme des Schraubenkopfes 10 der Zentralschraube 11 mündet. Ausgehend von der Ausnehmung 9 wird das entlüftete Ölvolumen der drucklosen Kammer 5 oder einer weiteren nicht abgebildeten Kammer der Stellvorrichtung bzw. dem Zylinderkopf 16 oder der Ölwanne zugeführt. Über das in der Entlüftungsleitung 4 angeordnete Rückschlagventil 14 wird vermieden, daß bei einer während des Betriebes des Verstellelementes 3 auftretenden Druckbeaufschlagung der anfangs drucklosen Kammer 5 bzw. der Ausnehmung 9 Hydraulikflüssigkeit von der Kammer 5 bzw. von der Ausnehmung 9 über die Entlüftungsleitung 4 entgegen der ursprünglichen Entlüftungsrichtung dem drainageseitigen Bereich 22 und der Abschlußfläche 15 des Stiftes 6 zugeführt wird, wodurch der Stift 6 gegen die Stirnfläche 20 des Flansches 21 des Verstellelementes 3 gedrückt würde. Mit dem Rückschlagventil 14 wird erreicht, daß ein Transport von Hydraulikflüssigkeit nur in Entlüftungsrichtung, d. h. ausgehend vom drainageseitigen Bereich 22 des Stiftes 6 über die Entlüftungsleitung 4 in Richtung der oder einer drucklosen Kammer 5 stattfinden kann.
Die abgebildeten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Radialkolbenversteller in Flügelzellenbauweise. Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung analog auf sämtliche Radialkolbenversteller sowie auch Versteller nach dem Axialkolbenprinzip anwendbar. In jeder Ausführungsform ist der drainageseitige Bereich 22 des Verriegelungselementes über die Entlüftungsleitung 4 mit einer oder der drucklosen Kammer der jeweiligen Stellvorrichtung verbunden.

1: Nockenwelle
2: Antriebsrad
3: Verstellelement
4: Entlüftungsleitung
5: Kammer
6: Stift
7: Bohrung
7a: Nut
8: Bohrung
9: Ausnehmung
10: Schraubenkopf
11: Zentralschraube
12: Aussparung
13: Wand
14: Rückschlagventil
15: Abschlußfläche
16: Zylinderkopf
17: Befestigungsschraube
18: Bohrung
19: Gewinde
20: Stirnfläche
21: Flansch
22: drainageseitiger Bereich

Claims

Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle, insbesondere einer Nockenwelle (1) einer Brennkraftmaschine, mit – einem Antriebsrad (2), das drehwinkelbeweglich mit der Welle verbunden ist, – einem Verstellelement (3) zur Drehwinkelverstellung des Antriebsrades (2) gegenüber der Welle mit Kammern zur wechselseitigen Zuführung von Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Verstellelementes und – zumindest einem Verriegelungselement zur lösbaren Arretierung des Antriebsrades (2) in einer definierten Winkelstellung gegenüber der Welle, wobei bei der Entriegelung der Verriegelungselementes eine Entlüftung über eine Entlüftungsleitung (4) erfolgt, – dadurch gekennzeichnet, – daß die Entlüftungsleitung (4) mit einer zum Zeitpunkt der Entriegelung weitestgehend drucklosen Kammer (5) des Verstellelementes (3) verbunden ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement als Stift (6), Formstift, Flügelelement, Dichtleiste oder Dichtrolle ausgebildet ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (4) eine radial verlaufende Bohrung (7) oder Nut (7a) aufweist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die Bohrung (7) oder die Nut (7a) eine Entlüftung des Verriegelungselementes über bei der Rotation des Antriebsrades (2) auf die Hydraulikflüssigkeit wirkende Fliehkräfte erfolgt.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (4) eine axial verlaufende Bohrung (8) aufweist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (4) über eine Ausnehmung (9) zur Aufnahme des Schraubenkopfes (10) der Zentralschraube (11) zur drucklosen Kammer (5) verläuft.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (4) über eine Aussparung (12) in der Deckwand (13) der Stellvorrichtung zur drucklosen Kammer (5) verläuft.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (4) oder die sich anschließenden Abschnitte (7, 7a, 8, 12) ein Rückschlagventil (14) zur Unterdrückung einer Übertragung von Hydraulikflüssigkeit auf der drainageseitigen Abschlußfläche (15) des Verriegelungselementes bei einer Druckbeaufschlagung der Kammer (5) aufweist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (2) und das Verstellelement (3) eine integrierte Baueinheit bilden.
Stellvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung mittels einer Zentralschraube (11) am Zylinderkopf (16) anbringbar ist.