DE19882271B4

DE19882271B4 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Flügelzellen-Verstelleinrichtung mit einem als Verriegelungselement ausgebildeten Flügel

Info

Publication number: DE19882271B4
Application number: DE19882271.5T
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Schäfer Jens; Dipl.-Ing. Steigerwald Martin; Dipl.-Ing. Kapp Matthias
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-02-28
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: DE19882271D2; WO1999043928A1; DE19808619A1; US6289862B1

Abstract

Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2), welches einen durch eine Umfangswand (3) und zwei Seitenwände (4, 5) gebildeten Hohlraum (6) aufweist, und einem in diesen Hohlraum (6) eingesetzten sowie als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle (7) der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad (8), welches am Umfang (9) seiner Radnabe (10) mindestens einen, in einer Axialnut (11) angeordneten und sich radial von der Radnabe (10) weg erstreckenden Flügel (12) aufweist, wobei im Hohlraum (6) des Antriebsrades (2) durch von der Innenseite (13) der Umfangswand (3) des Antriebsrades (2) ausgehende sowie zur Längsmittelachse der Vorrichtung (1) gerichtete Zwischenwände (14) mindestens eine Arbeitskammer (15) gebildet wird, die durch jeweils einen sich in jede Arbeitskammer (15) erstreckenden Flügel (12) des Flügelrades (8) wiederum in jeweils zwei hydraulische Druckräume (16, 17) unterteilt wird, welche durch wahlweise oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Relativverdrehung oder eine hydraulische Einspannung des Flügelrades (8) gegenüber dem Antriebsrad (2) bewirken, während bei Unterschreitung eines zum Verdrehen oder Einspannen des Flügelrades notwendigen Druckmitteldrucks in den Druckräumen (16, 17) das Flügelrad (8) und das Antriebsrad (2) in mindestens einer bevorzugten Stellung zueinander verdrehfest miteinander koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelung zwischen dem Flügelrad (8) und dem Antriebsrad (2) der Vorrichtung (1) durch mindestens einen innerhalb seiner Axialnut (11) in der Radnabe (10) des Flügelrades (8) axial beweglich angeordneten und als Verriegelungselement ausgebildeten Flügel (12) des Flügelrades (8) erfolgt, welcher mit einer seiner radial ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Bremskraftmaschine, insbesondere für eine Flügelzellen-Verstelleinrichtung, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Bremskraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, welches einen durch eine Umfangswand und zwei Seitenwände gebildeten Hohlraum aufweist, und einem in diesen Hohlraum eingesetzten, sowie als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle der Bremskraftmaschine verbundenen Flügelrad, welches am Umfang seiner Radnabe mindestens einen, in einer Axialnut angeordneten und sich radial von der Radnabe weg erstreckenden Flügel aufweist, wobei im Hohlraum des Antriebsrades durch von der Innenseite der Umfangswand des Antriebsrades ausgehende sowie zur Längsmittelachse der Vorrichtung gerichtete Zwischenwände mindestens eine Arbeitskammer gebildet wird, die durch jeweils einen sich in jede Arbeistkammer erstreckenden Flügel des Flügelrades wiederum in zwei hydraulische Druckräume unterteilt wird, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung und/oder eine Fixierung des Flügelrades gegenüber dem Antriebsrad bewirken, während bei fehlender Druckbeaufschlagung jeweils eines Druckraumes das Flügelrad und das Antriebsrad in mindestens einer bevorzugten Stellung zueinander mechanisch miteinander koppelbar sind.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Vorrichtung ist gattungsbildend aus der US-PS 48 58 572 vorbekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden bei dieser Vorrichtung zwischen sechs im Hohlraum des Antriebsrades in umlaufender Richtung sich gegenüberliegend angeordneten Zwischenwänden sechs gleichgroße Arbeitskammern gebildet, die wiederum durch sechs starr an der Radnabe eines mit der Nockenwelle verbundenen Flügelrades befestigte Flügel in jeweils einen ersten und einen zweiten flüssigkeitsdicht zueinander ausgebildeten Druckraum unterteilt werden. Die mechanische Koppelung zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad der Vorrichtung erfolgt dabei derart, daß von zwei jeweils in einer Radialbohrung in einer Zwischenwand des Antriebsrades angeordneten, federbeaufschlagten Verriegelungspins wechselweise je ein Verriegelungspin in jeweils eine zwischen zwei Flügeln der Radnabe angeordnete radiale Aufnahmebohrung einrastet, wenn die Flügel des Flügelrades in einer ihrer beiden Endstellungen an den Zwischenwänden des Antriebsrades anschlagen und die ersten oder die zweiten Druckräume der Vorrichtung von der Druckbeaufschlagung mit dem hydraulischen Druckmittel abgeschaltet sind. Wird dann bei erneuter Druckbeaufschlagung der jeweils abgeschalteten Druckräume ein bestimmter Wert des Druckmitteldrucks überschritten, wird der jeweils verriegelte Verriegelungspin entgegen seiner Federkraft wieder aus der Aufnahmebohrung in der Radnabe heraus vollständig in die Radialbohrung in der Zwischenwand hineingeschoben, so daß die mechanische Koppelung zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad wieder aufgehoben ist.
Eine weitere Möglichkeit der mechanischen Koppelung zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad wird durch die in der DE-OS 196 23 818 offenbarte Lösung vorgeschlagen. Bei dieser, speziell für eine sogenannte Schwenkflügel-Verstelleinrichtung geeigneten Lösung, die vom Aufbau her grundsätzlich mit einer Flügelzellen-Verstelleinrichtung vergleichbar ist, jedoch durch massivere Flügel am Flügelrad und durch zumeist nur eine bis vier Arbeitskammer(n) sich von dieser unterscheidet, ist innerhalb eines der radialen Flügel des Flügelrades ein axialer Verriegelungspin angeordnet, der parallel zur Längsmittelachse der Vorrichtung verschiebbar ist und bei nachlassendem Druck des hydraulischen Druckmittels über eine Druckfederkraft in eine axiale Eingriffsöffnung in einer mit dem Antriebsrad verbundenen Frontplatte geschoben wird. Die Eingriffsöffnung steht dabei mit einem der Druckräume innerhalb der Vorrichtung in hydraulischer Verbindung, so daß das Druckmittel auch auf die in der Eingriffsöffnung befindliche Stirnfläche des verriegelten Verriegelungspins wirken kann und bei Überschreitung eines bestimmten Wertes des Druckmitteldrucks diesen wieder in seine Entriegelungsstellung innerhalb des Flügels schiebt.
Diese zum einen als Radialverriegelungspin und zum anderen als Axialverriegelungspin ausgebildeten mechanischen Koppelungen zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad einer Flügelzellen- bzw. Schwenkflügel-Verstelleinrichtung haben jedoch den Nachteil, daß sie aus einer Mehrzahl zusätzlicher Einzelteile gebildet werden, die im Zusammenhang mit dem notwendigen Mehraufwand für deren Fertigung und Montage die Herstellungskosten einer derart ausgebildeten Flügelzellen- bzw. Schwenkflügel-Verstelleinrichtung nachteilig erhöhen. Darüber hinaus besteht bei Ausbildung der Verriegelungspins als einfache Druckstifte bei beiden Varianten die Gefahr, daß diese sich bei Aufnahme großer Spannungen, die in beide Drehrichtungen des Flügelrades wirken, in nachteiliger Weise verformen, so daß eine weitere einwandfreie Verriegelung der Vorrichtung nicht mehr in jedem Fall gewährleistet ist. Ebenso ist die Stirnfläche derartiger als Druckstifte ausgebildeter Verriegelungspins als zum Entriegeln nutzbare Druckangriffsfläche relativ klein ausgebildet, so daß sich ein zum Entriegeln ausreichender Druckmitteldruck erst relativ spät aufbaut und die Entriegelungszeit der Vorrichtung nachteilig verlängert.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Flügelzellen-Verstelleinrichtung, zu konzipieren, welche sich sowohl durch eine möglichst geringe Anzahl von Einzelteilen und somit durch geringe Herstellungs- und Montagekosten als auch durch eine möglichst große Druckangriffsfläche zum hydraulischen Entriegeln der Vorrichtung auszeichnet sowie geeignet ist, auch nach Aufnahme großer Spannungen in beiden Drehrichtungen des Flügelrades eine weitere einwandfreie Verriegelung der Vorrichtung zu gewährleisten.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß die mechanische Koppelung zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad der Vorrichtung durch mindestens einen sowohl als Flügelradverschwenkelement als auch zugleich als Verriegelungselement ausgebildeten Flügel des Flügelrades herstellbar ist, welcher bei Unterschreitung eines zum Verschwenken des Flügelrades notwendigen Druckes des hydraulischen Druckmittels durch eine Hilfsenergie in einer Verriegelungsstellung am Antriebsrad sowie bei Überschreitung eines bestimmten Druckes des hydraulischen Druckmittels durch den Druckmitteldruck in einer Entriegelungs-/Verschwenkstellung innerhalb der ihm zugeordneten Arbeitskammer arretierbar ist.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist dabei jeder als Verriegelungselement ausgebildete Flügel des Flügelrades innerhalb seiner Axialnut in der Radnabe des Flügelrades axial beweglich angeordnet und steht mit einer seiner radialen Dichtflächen zu den Seitenwänden des Antriebsrades in einer oder mehreren Verriegelungsstellungen der Vorrichtung mit jeweils einer radialen Fixiernut in der Innenseite einer der Seitenwände des Antriebsrades formschlüssig in Eingriff. Dabei sind bevorzugt alle Flügel des Flügelrades, egal ob sie zugleich als Verriegelungselement ausgebildet sind oder nicht, innerhalb ihrer Axialnut in der Radnabe bevorzugt auf einer Blatt- oder Schraubenfeder aufliegend zusätzlich radial federnd gelagert, um an der gegenüberliegenden freien Stirnseite jedes Flügels zur Verbesserung der Druckmitteldichtheit zwischen den jeweils angrenzenden Druckräumen einen ständigen Anpreßdruck zur Innenseiten der Umfangswand des Antriebsrades zu erzeugen.
Als besonders kostengünstig hat es sich erwiesen, unabhängig von der Anzahl der Flügel bevorzugt nur einen Flügel des Flügelrades als Verriegelungselement der Vorrichtung auszubilden, welcher entsprechend der Montage der Vorrichtung an einer Einlaß- oder Auslaßnockenwelle in nur einer seiner Endstellungen mit dem Antriebsrad in Arretierungsverbindung steht. Die erforderliche radiale Fixiernut dieses Flügels ist dementsprechend in unmittelbarer Nähe einer der seine Arbeitskammer bzw. Druckräume begrenzenden Zwischenwände des Antriebsrades sowie parallel zu deren Anschlagflächen verlaufend bevorzugt in die nockenwellenabgewandte Seitenwand des Antriebsrades eingearbeitet, wobei es jedoch auch möglich ist, die radiale Fixiernut in gleicher Weise in der nockenwellenzugewandten Seitenwand des Antriebsrades anzuordnen. Ebenso sollen vom Schutzumfang der Erfindung auch solche Lösungen eingeschlossen sein, bei denen zwei oder mehrere Flügel als Verriegelungselemente ausgebildet sind, die entweder alle in einer ihrer Endstellungen oder auch durch Anordnung einer weiteren radialen Fixiernut in der nockenwellenabgewandten oder -zuge-wandten Seitenwand des Antriebsrades innerhalb jeder Arbeitskammer, in ihren beiden Endstellungen verriegelbar sind. Möglich ist es auch, einen oder mehrere Flügel des Flügelrades in der einen Endstellung sowie einen oder mehrere Flügel in der anderen Endstellung der Flügel arretierbar auszubilden und/oder durch Anordnung weiterer radialer Fixiernuten in den Arbeitskammern, das Flügelrad auch in einer oder mehreren Stellung(en) zwischen den Endstellungen zu fixieren, wenn dies bestimmte Betriebszustände der Brennkraftmaschine erfordern.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung wird es darüber hinaus vorgeschlagen, daß die radiale Fixiernut in der Innenseite der nockenwellenabgewandten Seitenwand des Antriebsrades eine annähernd der Höhe des verriegelbaren Flügels entsprechende Länge aufweist und auf einen Teil ihrer Länge durch eine weitere Druckmittelführungsnut geringfügig vertieft ausgebildet ist, wobei die nicht vertieften Teile des Nutgrundes der radialen Fixiernut als axiale Anschlagflächen des verriegelbaren Flügels vorgesehen sind. Die in etwa der Dicke des verriegelbaren Flügels entsprechende Breite der radialen Fixiernut ist darüber hinaus derart bemessen, daß sowohl ein leichtgängiges Hineingleiten des Flügels in die Fixiernut möglich als auch ein Klappern des Flügels in seiner Arretierungsstellung verhindert ist und die Seitenflächen der Fixiernut als Anschlagflächen des verriegelbaren Flügels in beiden Umlaufrichtungen des Flügelrades wirken. Zur weiteren Erleichterung des Hineingleiten des Flügels in die radiale Fixiernut ist es auch von Vorteil, die Längskanten der mit der Fixiernut in Wirkverbindung stehenden Dichtfläche des Flügels zusätzlich anzufasen oder abzurunden oder auch als äquivalente Maßnahme dazu die Fixiernut leicht konisch auszubilden bzw. deren Kanten abzurunden.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung ist es, daß die Druckmittelführungsnut innerhalb der radialen Fixiernut bevorzugt an ihrem der Längsmittelachse der Vorrichtung zugewandten Ende über eine von der Innenseite der nockenwellenabgewandten Seitenwand des Antriebsrades zum Grund der Druckmittelführungsnut führende Druckmitteleinfüllschräge mit der Druckmittelzuleitung zu dem die radiale Fixiernut beinhaltenden Druckraum der Vorrichtung in Verbindung steht. Durch diese Druckmitteleinfüllschräge gelangt das hydraulische Druckmittel, ausgehend von einer aus der Radnabe des Flügelrades zu dem die radiale Fixiernut beinhaltenden Druckraum der Vorrichtung führenden Druckmittelzuleitung, in die Druckmittelzuführungsnut innerhalb der radialen Führungsnut, so daß der in Verriegelungsstellung des Flügels auf den nicht auf den Anschlagflächen der Fixiernut aufliegenden und somit als Druckangriffsfläche ausgebildeten Teil der radialen Dichtfläche des Flügels wirkende Druck des hydraulischen Druckmittels bei Überschreitung eines bestimmten Druckwertes eine axiale Verschiebung des Flügels in dessen Entriegelungsstellung bewirkt. Alternativ dazu ist eine hydraulische Entriegelung des verriegelten Flügels in gleicher Weise möglich, wenn anstelle der Druckmittelführungsnut innerhalb der radialen Fixiernut in die mit der Fixiernut in Wirkverbindung stehende Dichtfläche des Flügels eine vorzugsweise zu den Längskanten dieser Dichtfläche parallele Druckangriffsnut eingearbeitet wird, wobei die Druckmitteleinfüllschräge die gleiche Anordnung und Ausbildung wie bei der zuvor genannten Ausführung der Fixiernut mit vertiefter Druckmittelführungsnut aufweist. Als vorteilhaft hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, wenn die Zwischenwände im Hohlraum des Antriebsrades jeweils an ihren die Verriegelungsstellung des Flügelrades definierenden Anschlagflächen in an sich bekannter Weise als Freischnitte ausgebildete Druckmitteltaschen aufweisen, die das Befüllen der in Verriegelungsstellung der Vorrichtung volumenminimierten Druckräume bei deren Druckbeaufschlagung beschleunigen. Die Druckmittelzuleitung zu dem die radiale Fixiernut beinhaltenden und in Verriegelungsstellung der Vorrichtung volumenminimierten Druckraum mündet somit zunächst in die Druckmitteltasche der angrenzenden Zwischenwand, welche wiederum in die Druckmitteleinfüllschräge zur Druckmittelführungsnut innerhalb der axialen Fixiernut mündet. Damit ist bei Druckbeaufschlagung der volumenminimierten Druckräume eine nahezu ungehinderte Weiterleitung des Druckmitteldrucks auf den als Druckangriffsfläche ausgebildeten Teil der radialen Dichtfläche des verriegelten Flügels möglich und eine schnelle und sichere axiale Verschiebung des Flügels in seine Entriegelungsstellung gewährleistet.
In fertigungstechnischer Hinsicht hat es sich als besonders vorteilhaft und kostengünstig erwiesen, die Fixiernut, die Druckmittelführungsnut und die Druckmitteleinfüllschräge in die nockenwellenabgewandte Seitenwand des Antriebsrades einzusintern. Dieses spanlose Fertigungsverfahren vermeidet von vornherein, daß durch eventuelle Spanrückstände später die Funktion der Vorrichtung beeinträchtigt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Fixiernut, die Druckmittelführungsnut und die Druckmitteleinfüllschräge durch spanende Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Fräsen oder dergleichen, in die Seitenwand des Antriebsrades einzuarbeiten, wobei jedoch sorgfältige Reinigungsarbeiten der Bearbeitungsstellen unerläßlich sind.
Weiterhin wird es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die für die Arretierung des Flügels in seiner Verriegelungsstellung notwendige Hilfsenergie durch mindestens ein mit einer Vorspannkraft ausgebildetes und in Verriegelungsrichtung wirkendes Federmittel erzeugbar ist. Besonders vorteilhaft haben sich hierfür beispielsweise zwei jeweils innerhalb einer axialen Grundbohrung in der nockenwellenzugewandten radialen Dichtfläche des verriegelbaren Flügels angeordnete Schraubendruck- oder Kegelfedern erwiesen, wobei deren Anzahl und Vorspannkraft entsprechend den Platzverhältnissen beliebig variierbar bzw. den entsprechenden Bedingungen anpaßbar sind. Um dabei eine Relativbewegung zwischen den derart angeordneten Federmitteln und der nockenwellenzugewandten Seitenwand des Antriebsrades zu vermeiden sowie zur Führung der bei solchen Anwendungen leicht ausknickenden Federmittel wird jedes Federmittel in weiterer Konkretisierung der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung innerhalb seiner Grundbohrung im verriegelbaren Flügel einen axialen Führungsstift umschließend ausgebildet, welcher an seinem nockenwellenzugewandten Ende eine in Entriegelungsstellung des Flügels in der Grundbohrung versenkbare Querschnittsverdickung aufweist. Dadurch stützen sich die Federmittel einerseits am Boden der Grundbohrung und andererseits an der ringförmigen Querschnittsübergangsfläche ihres Führungsstiftes ab, während die nockenwellenzugewandte Stirnfläche jedes Führungsstiftes permanent an der nockenwellenzugewandten Seitenwand des Antriebsrades anliegt. Zur Reduzierung der Reibung zwischen den Führungsstiften und der nockenwellenzugewandten Seitenwand des Antriebsrades während des Verstellbetriebes der Vorrichtung ist deshalb als weiteres erfindungsgemäßes Merkmal die nockenwellenzugewandte Stirnfläche jedes Führungsstiftes für die Federmittel bevorzugt konvex ausgebildet, so daß diese mit der Innenseite der nockenwellenzugewandten Seitenwand des Antriebsrades nur noch punktförmig in Gleitverbindung stehen. Zur weiteren Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Führungsstifte ist es darüber hinaus vorteilhaft, diese gehärtet auszuführen oder, anstelle der konvexen Ausbildung der nockenwellenzugewandten Stirnseite der Führungsstifte diese Stirnseite mit einer Kunststoffbeschichtung zur Reibungsreduzierung zu versehen bzw. die Führungsstifte komplett als Spritzgießteil aus Kunststoff oder als Gußteil aus Zink oder Messing auszuführen.
Schließlich wird es als weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung noch vorgeschlagen, daß sowohl die Mantelfläche jedes Führungsstiftes als auch die Mantelfläche seiner Querschnittsverdickung in Längsrichtung der Grundbohrung konisch ausgebildet sind und jeder Führungsstift eine bevorzugt als Durchgangsbohrung entlang seiner Längsmittelachse ausgebildete Druckausgleichsleitung für das hydraulische Druckmittel aufweist. Durch die sich in nockenwellenabgewandte Richtung verjüngend ausgebildeten konischen Führungsstifte wird deren Eingleiten in ihre Grundbohrungen beim Entriegeln des Flügels erleichtert, wobei dies auch dadurch erreicht werden kann, wenn die Grundbohrungen im verriegelbaren Flügel und deren Ansenkung für die Querschnittsverdickung der Führungsstifte anstelle der Mantelflächen der Führungsstifte konisch ausgebildet werden. Die als Durchgangsbohrung ausgebildete Druckausgleichsleitung in den Führungsstiften dient dabei der leichteren Verdrängung von in den Grundbohrungen befindlichen hydraulischen Druckmittel bei der Entriegelung des Flügels, wobei dies auch durch andere geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise durch eine einseitige axiale Abflachung der Mantelflächen der Führungsstifte oder durch eine gewindeförmige Abflußnut in der Mantelfläche jedes Führungsstiftes, realisierbar ist.
Die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung für eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine vom Typ einer Flügelzellen-Verstelleinrichtung weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verriegelungseinrichtungen den Vorteil auf, daß durch die gleichzeitige Verwendung eines Flügels des Flügelrades als Verschwenk- und Verriegelungselement nur ein Minimum an zusätzlichen Einzelteilen oder Arbeitsschritten notwendig ist, um eine Verriegelung des Flügelrades gegenüber dem Antriebsrad in einer oder mehreren Stellungen zueinander realisieren zu können. Dadurch hebt sich die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung von den bekannten Verriegelungen vorteilhaft durch einen enorm günstigen Material- und Fertigungsaufwand ab, so daß sich die Herstellungskosten bei einer mit einer derartigen Verriegelung ausgebildeten Flügelzellen-Verstelleinrichtung gegenüber Flügelzellen-Verstelleinrichtungen ohne Verriegelung nur unwesentlich erhöhen. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung durch eine hohe Funktionssicherheit hinsichtlich der Aufnahme großer Spannungen in beiden Drehrichtungen des Flügelrades aus, da der als Verriegelungselement vorgesehene Flügel auf seiner gesamten radialen Länge in einer in gleicher Länge in eine Seitenwand des Antriebsrades eingearbeiteten Fixiernut arretiert wird und somit über ein für eine dauerhafte, einwandfreie Verriegelung notwendiges Kraftaufnahmevermögen verfügt. Ebenso ist die zum Entriegeln des Flügels nutzbare radiale Dichtfläche des Flügels größer als die bei dem bekannten Verriegelungspins nutzbare Stirnfläche der Verriegelungspins, so daß der zum Entriegeln des Flügels notwendige Druckmitteldruck und somit auch die Entriegelungszeit des Flügels niedriger ist.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung ist es darüber hinaus, daß in Verriegelungsstellung des verriegelbaren Flügels ein hydraulischer Kurzschluß zwischen den an dem Flügel angrenzenden Druckräumen vorliegt, da durch dessen Axialverschiebung zwischen der nockenwellenzugewandten Dichtfläche des Flügels und der Innenseite der nockenwellenzugewandten Seitenwand des Antriebsrades ein etwa der Tiefe der radialen Fixiernut entsprechender Spalt entsteht. Dadurch kommt es bei Druckbeaufschlagung der in Verriegelungsstellung volumenminimierten Druckräume dazu, daß beide an den verriegelten Flügel angrenzenden Druckräume zunächst gleichzeitig mit Druckmittel befüllt werden, ehe eine Aushebung der Verriegelung des Flügels erfolgt. Dieser an sich unerwünschte Effekt bietet jedoch insbesondere bei vorgesehener Verriegelung des Flügels in einer zwischen dessen Endstellungen gelegenen Zwischenposition den Vorteil, daß das Flügelrad bei unmittelbar nach der Entriegelung beabsichtigter Verstellung relativ zum Antriebsrad zumindest über ein Druckraumpaar der Vorrichtung bereits hydraulisch eingespannt ist und daß dieses Druckraumpaar durch die Durchströmung mit hydraulischem Druckmittel komplett entlüftet ist.
Zur Vermeidung des hydraulischen Kurzschlußes zwischen dem an den verriegelbaren Flügel anliegenden Druckräumen und den daraus resultierenden Effekten ist es lediglich notwendig, die Druckmitteltasche an derjenigen Anschlagfläche der Zwischenwand im Hohlraum des Antriebsrades, an welcher der verriegelbare Flügel in Verriegelungsstellung anliegt, wegzulassen. Dadurch strömt das hydraulische Druckmittel bei entsprechender Druckbeaufschlagung zunächst nur in die übrigen, nach wie vor mit Druckmitteltaschen ausgebildeten volumenminimierten Druckräume, während die Druckmittelzuleitung zu dem an den verriegelbaren Flügel angrenzenden volumenminimierten Druckraum durch die entsprechende Zwischenwand des Antriebsrades gesperrt ist. Da die Druckmittelzuleitung hierbei jedoch nach wie vor mit der Druckmitteleinfüllschräge verbunden und somit ein Druckmittelzufluß in die radiale Fixiernut des verriegelten Flügels möglich ist, wird dieser durch die Druckbeaufschlagung zumindest entriegelt. Ein Befüllen des an den verriegelbaren Flügel angrenzenden volumenminimierten Druckraumes wird dann anschließend an die Entriegelung des Flügels möglich, wenn eine aus dem Befüllen der übrigen volumenminimierten Druckräume resultierende Drehung des Flügelrades relativ zum Antriebsrad die Sperrung der Druckmittelzuleitung durch die Zwischenwand des Antriebsrades selbstätig aufhebt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellen-Verstelleinrichtung mit erfindungsgemäßer Verriegelungseinrichtung;
2 die Draufsicht auf eine Flügelzellen-Verstelleinrichtung mit erfindungsgemäßer Verriegelungseinrichtung bei entfernter nockenwellenabgewandter Seitenwand des Antriebsrades;
3 die vergrößerte Darstellung der Ansicht X nach 1 auf einen erfindungsgemäß als Verriegelungselement ausgebildeten Flügel des Flügelrades;
4 die vergrößerte Darstellung der Ansicht Y nach 2 auf einen erfindungsgemäß als Verriegelungselement ausgebildeten Flügel des Flügelrades;
5 die Draufsicht auf die erfindungsgemäß mit einer radialen Fixiernut ausgebildete Innenseite der nockenwellenabgewandten Seitenwand des Antriebsrades;
6 die vergrößerte Darstellung der Ansicht Z nach 5 auf die radiale Fixiernut in der nockenwellenabgewandten Seitenwand des Antriebsrades;
7 die vergrößerte Darstellung des Schnittes A-A nach 5 entlang der Längsmittelachse der radialen Fixiernut in der nockenwellenabgewandten Seitenwand des Antriebsrades;
8 die vergrößerte Seitenansicht eines Führungsstiftes für die Federmittel zur Erzeugung der Hilfsenergie für den erfindungsgemäß verriegelbaren Flügel des Flügelrades.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den 1 und 2 geht deutlich eine als Flügelzellen-Verstelleinrichtung ausgebildete Vorrichtung 1 zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine hervor, welche aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad 2 und einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle 7 der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad 8 besteht. Den 1 und 2 ist darüber hinaus entnehmbar, daß das Antriebsrad 2 einen durch eine Umfangswand 3 und zwei Seitenwände 4, 5 gebildeten Hohlraum 6 aufweist, in welchem durch vier von der Innenseite 13 der Umfangswand 3 ausgehende sowie zur Längsmittelachse der Vorrichtung 1 gerichtete Zwischenwände 14 vier Arbeitskammern 15 gebildet werden. In diesen Hohlraum 6 ist das Flügelrad 8 eingesetzt, welches am Umfang 9 seiner Radnabe 10 vier jeweils in einer Axialnut 11 angeordnete und sich radial von der Radnabe 10 wegerstreckende Flügel 12 aufweist, die sich in jeweils eine Arbeitskammer 15 im Antriebsrad 2 erstrecken und diese wiederum in jeweils zwei hydraulische Druckräume 16, 17 unterteilen. Durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung dieser Druckräume 16, 17 mit einem hydraulischen Druckmittel kann somit eine Schwenkbewegung und/oder Fixierung des Flügelrades 8 gegenüber dem Antriebsrad 2 realisiert werden, so daß sich die Nockenwelle 7 gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise relativ verdreht und/oder hydraulisch eingespannt wird.
Um beim Start der Brennkraftmaschine, bei dem sich die Vorrichtung 1 im weitestgehend drucklosen Zustand befindet, eine unerwünschte Geräuschentwicklung, die bedingt durch die Wechselmomente der Nockenwelle 7 aus dem hochfrequenten Anschlagen der Flügel 12 des Flügelrades 8 an die Zwischenwände 14 des Antriebsrades 2 resultiert, zu vermeiden, ist bei der Vorrichtung 1 zwecks an sich bekannter mechanischer Kopplung zwischen dem Flügelrad 8 und dem Antriebsrad 2 erfindungsgemäß mindestens ein Flügel 12 des Flügelrades 8 sowohl als Flügelradverschwenkelement als auch zugleich als Verriegelungselement ausgebildet, welcher bei Unterschreitung eines zum Verschwenken des Flügelrades 8 notwendigen Druckes des hydraulischen Druckmittels durch eine Hilfsenergie in einer Verriegelungsstellung am Antriebsrad 2 sowie bei Überschreitung eines bestimmten Druckes des hydraulischen Druckmittels durch den Druckmitteldruck in einer Entriegelungs-/Verschwenkstellung innerhalb der ihm zugeordneten Arbeitskammer 15 arretierbar ist.
In den 2 und 3 ist dabei zu sehen, daß von den vier Flügeln 12 des Flügelrades 8, die alle innerhalb ihrer Axialnut 11 in der Radnabe 10 zur Erzeugung eines ständigen Anpreßdruckes ihrer freien Stirnseite 24 zur Innenseite 13 der Umfangswand 3 auf Blattfedern 23 aufliegend radial federnd gelagert sind, nur ein Flügel 12 als Verriegelungselement ausgebildet ist, in dem dieser innerhalb seiner Axialnut 11 in der Radnabe 10 des Flügelrades 8 axial verschiebbar angeordnet ist und mit seiner radialen Dichtfläche 18 zur Seitenwand 4 des Antriebsrades 2 mit einer in den 5 bis 7 ersichtlichen radialen Fixiernut 20 in der Innenseite 21 der Seitenwand 4 formschlüssig in Eingriff steht. Diese axiale Fixiernut 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in unmittelbarer Nähe der die Arbeitskammer 15 des verriegelbaren Flügels 12 bzw. dessen Druckraum 16 begrenzenden Zwischenwand 14 des Antriebsrades 2 sowie parallel zu deren in 4 näher bezeichneten Anschlagfläche 25 verlaufend in die nockenwellenabgewandte Seitenwand 4 des Antriebsrades 2 eingesintert, so daß der Flügel 12 nur in einer seiner Endstellungen bzw. im konkreten Fall in der für den Start der Brennkraftmaschine günstigen Startstellung der Nockenwelle 7 am Antriebsrad 2 arretierbar ist.
Aus 3 ist darüber hinaus ersichtlich, daß die radiale Fixiernut 20 in der Innenseite 21 der nockenwellenabgewandten Seitenwand 4 des Antriebsrades 2 eine annähernd der Höhe des verriegelbaren Flügels 12 entsprechende Länge aufweist und auf einem Teil ihrer Länge durch eine weitere, ebenfalls eingesinterte Druckmittelführungsnut 26 geringfügig vertieft ausgebildet ist. Die 6 und 7 zeigen dabei, daß die nicht vertieften Teile des Nutgrundes der radialen Fixiernut 20 als axiale Anschlagflächen 27 des verriegelbaren Flügels 12 in dessen Arretierungsstellung vorgesehen sind und daß die Druckmittelführungsnut 26 innerhalb der radialen Fixiernut 20 an ihrem der Längsmittelachse der Vorrichtung 1 zugewandten Ende eine von der Innenseite 21 der nockenwellenabgewandten Seitenwand 4 des Antriebsrades 2 zum Grund der Druckmittelführungsnut 26 führende Druckmitteleinfüllschräge 28 aufweist, die ebenfalls durch Sintern eingearbeitet ist. Die Druckmittelführungsnut 26 steht somit über diese Druckmitteleinfüllschräge 28 sowie über eine in die Anschlagfläche 25 der Zwischenwand 14 des Antriebsrades 2 eingearbeitete Druckmitteltasche 30 in der in 4 angedeuteten Weise mit der Druckmittelzuleitung 29 zu dem die radiale Fixiernut 20 beinhaltenden Druckraum 16 der Vorrichtung 1 in Verbindung, so daß gleichzeitig mit der Druckbeaufschlagung des Druckraumes 16 die Aufhebung der Verriegelungsstellung der Vorrichtung 1 bzw. die Rückbewegung des verriegelbaren Flügels 12 in seine Entriegelungsstellung erfolgt.
Weiterhin ist in 3 dargestellt, daß die für die Arretierung des Flügels 12 in seiner Verriegelungsstellung notwendige Hilfsenergie in der gezeigten Ausführungsform durch zwei jeweils innerhalb einer axialen Grundbohrung 32 in der nockenwellenzugewandten Dichtfläche 19 des verriegelbaren Flügels 12 angeordnete sowie als Kegelfedern ausgebildete Federmittel 31 erzeugbar ist, die mit einer bestimmten Vorspannkraft in Verriegelungsrichtung wirken. Diese Federmittel 31 umschließen innerhalb ihrer Grundbohrungen 32 im verriegelbaren Flügel 12 jeweils einen axialen Führungsstift 33 der in 8 vergrößert dargestellten Art, welcher an seinem nockenwellenzugewandten Ende eine in der Grundbohrung 32 versenkbare Querschnittsverdickung 34 aufweist. Dadurch stützen sich die Federmittel 31 einerseits am Boden 35 der Grundbohrung 32 und andererseits an der ringförmigen Querschnittsübergangsfläche 36 ihres Führungsstiftes 33 ab und sind gegen Verknicken während der Relativbewegung zwischen dem Antriebsrad 2 und dem Flügelrad 8 gesichert.
Schließlich ist aus 8 noch entnehmbar, daß die nockenwellenzugewandte Stirnfläche 37 jedes Führungsstiftes 34 zur Reduzierung der Reibung zwischen den Führungsstiften 33 und der nockenwellenzugewandten Seitenwand 5 des Antriebsrades konvex ausgebildet ist und somit mit der Innenseite 22 der Seitenwand 5 nur noch punktförmig in Gleitverbindung steht. Darüber hinaus ist sowohl die Mantelfläche 38 jedes Führungsstiftes 33 als auch die Mantelfläche 39 seiner Querschnittsverdickung 34, wie in der gleichen Zeichnung dargestellt, konisch ausgebildet, um ein Eingleiten der Führungsstifte 33 in ihre Grundbohrungen 32 beim Entriegeln des Flügels 12 zu erleichtern. Eine als Durchgangsbohrung entlang der Längsmittelachse der Führungsstifte 33 ausgebildete Druckausgleichsleitung 40 dient dabei der leichteren Verdrängung von in den Grundbohrungen 32 befindlichem hydraulischem Druckmittel.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Antriebsrad
3: Umfangswand
4: nockenwellenabgewandte Seitenwand
5: nockenwellenzugewandte Seitenwand
6: Hohlraum
7: Nockenwelle
8: Flügelrad
9: Umfang des Flügelrades
10: Radnabe
11: Axialnut
12: Flügel
13: Innenseite der Umfangswand
14: Zwischenwände
15: Arbeitskammer
16: Druckraum
17: Druckraum
18: nockenwellenabgewandte Dichtfläche
19: nockenwellenzugewandte Dichtfläche
20: Fixiernut
21: Innenseite
22: Innenseite
23: Blattfeder
24: freie Stirnseite
25: Anschlagflächen
26: Druckmittelführungsnut
27: Anschlagflächen
28: Druckmitteleinfüllschräge
29: Druckmittelzuleitung
30: Druckmitteltaschen
31: Federmittel
32: Grundbohrung
33: Führungsstift
34: Querschnittsverdickung
35: Boden
36: Querschnittsübergangsfläche
37: Stirnfläche
38: Mantelfläche
39: Mantelfläche
40: Druckausgleichsleitung

Claims

Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Zugmittel in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2), welches einen durch eine Umfangswand (3) und zwei Seitenwände (4, 5) gebildeten Hohlraum (6) aufweist, und einem in diesen Hohlraum (6) eingesetzten sowie als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit einer Nockenwelle (7) der Brennkraftmaschine verbundenen Flügelrad (8), welches am Umfang (9) seiner Radnabe (10) mindestens einen, in einer Axialnut (11) angeordneten und sich radial von der Radnabe (10) weg erstreckenden Flügel (12) aufweist, wobei im Hohlraum (6) des Antriebsrades (2) durch von der Innenseite (13) der Umfangswand (3) des Antriebsrades (2) ausgehende sowie zur Längsmittelachse der Vorrichtung (1) gerichtete Zwischenwände (14) mindestens eine Arbeitskammer (15) gebildet wird, die durch jeweils einen sich in jede Arbeitskammer (15) erstreckenden Flügel (12) des Flügelrades (8) wiederum in jeweils zwei hydraulische Druckräume (16, 17) unterteilt wird, welche durch wahlweise oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Relativverdrehung oder eine hydraulische Einspannung des Flügelrades (8) gegenüber dem Antriebsrad (2) bewirken, während bei Unterschreitung eines zum Verdrehen oder Einspannen des Flügelrades notwendigen Druckmitteldrucks in den Druckräumen (16, 17) das Flügelrad (8) und das Antriebsrad (2) in mindestens einer bevorzugten Stellung zueinander verdrehfest miteinander koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelung zwischen dem Flügelrad (8) und dem Antriebsrad (2) der Vorrichtung (1) durch mindestens einen innerhalb seiner Axialnut (11) in der Radnabe (10) des Flügelrades (8) axial beweglich angeordneten und als Verriegelungselement ausgebildeten Flügel (12) des Flügelrades (8) erfolgt, welcher mit einer seiner radial verlaufenden Dichtflächen (18, 19) zu den Seitenwänden (4, 5) des Antriebsrades (2) durch eine Hilfsenergie in einer Verriegelungsstellung innerhalb einer radialen Fixiernut (20) in der Innenseite (21 oder 22) einer der Seitenwände (4 oder 5) des Antriebsrades (2) arretierbar sowie bei Überschreitung eines bestimmten Druckmitteldrucks durch das hydraulische Druckmittel in eine Entriegelungs-/Verschwenkstellung innerhalb der ihm zugeordneten Arbeitskammer (15) bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Flügel (12) des Flügelrades (8) zugleich als Verriegelungselement der Vorrichtung (1) vorgesehen ist, welcher bevorzugt in nur einer seiner Endstellungen mit dem Antriebsrad (2) in Arretierungsverbindung steht, wobei dessen radiale Fixiernut (20) bevorzugt in unmittelbarer Nähe einer der seine Arbeitskammer (15) bzw. Druckräume (16, 17) begrenzenden Zwischenwände (14) des Antriebsrades (2) sowie parallel zu deren Anschlagflächen (25) verlaufend in die nockenwellenabgewandte Seitenwand (4) des Antriebsrades (2) eingearbeitet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Fixiernut (20) in der Innenseite (21) der nockenwellenabgewandten Seitenwand (4) des Antriebsrades (2) eine annähend der Höhe des verriegelbaren Flügels (12) entsprechende Länge aufweist und auf einem Teil ihrer Länge durch eine weitere Druckmittelführungsnut (26) geringfügig vertieft ausgebildet ist, wobei die nicht vertieften Teile des Nutrgundes der radialen Fixiernut (20) als axiale Anschlagflächen (27) des verriegelbaren Flügels (12) in dessen Arretierungsstellung vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelführungsnut (26) innerhalb der radialen Fixiernut (20) bevorzugt an ihrem der Längsmittelachse der Vorrichtung (1) zugewandten Ende über eine von der Innenseite (21) der nockenwellenabgewandten Seitenwand (4) des Antriebsrades (2) zum Grund der Druckmittelführungsnut (26) führende Druckmitteleinfüllschräge (28) mit der Druckmittelzuleitung (29) zu dem die radiale Fixiernut (20) beinhaltenden Druckraum (16) der Vorrichtung (1) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiernut (20), die Druckmittelführungsnut (26) und die Druckmitteleinfüllschräge (28) in die nockenwellenabgewandte Seitenwand (4) oder in die nockenwellenzugewandte Seitenwand (5) des Antriebsrades (2) eingesintert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Arretierung des Flügels (12) in seiner Verriegelungsstellung notwendige Hilfsenergie durch zwei mit einer Vorspannkraft ausgebildete und in Verriegelungsrichtung wirkende Schraubendruck- oder Kegelfedern (31) erzeugbar ist, die jeweils innerhalb einer axialen Grundbohrung (32) in der nockenwellenzugewandten radialen Dichtfläche (19) des verriegelbaren Flügels (12) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Federmittel (31) innerhalb seiner Grundbohrung (32) im verriegelbaren Flügel (12) einen axialen Führungsstift (33) umschließend ausgebildet ist, welcher an seinem nockenwellenzugewandten Ende eine in der Grundbohrung (32) versenkbare Querschnittsverdickung (34) aufweist, wobei die Federmittel (31) sich jeweils einerseits am Boden (35) der Grundbohrung (32) und andererseits an der ringförmigen Querschnittsübergangsfläche (36) ihres Führungsstiftes (33) abstützend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nockenwellenzugewandte Stirnfläche (37) jedes Führungsstiftes (33) für die Federmittel (31) konvex ausgebildet ist und mit der Innenseite (22) der nockenwellenzugewandten Seitenwand (5) des Antriebsrades (2) punktförmig in Gleitverbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Mantelfläche (38) jedes Führungsstiftes (33) als auch die Mantelfläche (39) seiner Querschnittsverdickung (34) in Längsrichtung der Grundbohrung (32) konisch ausgebildet sind und jeder Führungsstift (33) eine als Durchgangsbohrung entlang seiner Längsmittelachse ausgebildete Druckausgleichsleitung (40) für das hydraulische Druckmittel aufweist.