DE19908934A1

DE19908934A1 - Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE19908934A1
Application number: DE19908934A
Authority: DE
Inventors: Peter Urban; Andreas Straus; Dieter Goppelt
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-07
Also published as: US6418897B1; DE10080489D2; WO2000052308A1; DE10080489B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Drehflügelversteller (1), mit einem Stator (12), der von der Kurbelwelle vorzugsweise über ein Zugmittel und über ein Antriebsrad (11) angetrieben ist und mit einem durch Drucköl beaufschlagbaren Flügelrotor (18), der in drehfester Verbindung mit der Nockenwelle steht und der Mittel zu einer lösbaren Drehfixierung desselben, vorzugsweise einen axial verschiebbaren Fixierstift (37), aufweist. DOLLAR A Der Nachteil der Ölundichtheit gängiger Drehflügelversteller wird dadurch vermieden, daß alle Bauteile des Drehflügelverstellers (1), die Druckölkontakt haben, in einem öldichten Gehäuse (2) angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Noc kenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Drehflügelversteller, mit einem Stator, der von der Kurbelwelle vor zugsweise über ein Zugmittel und über ein Antriebsrad angetrieben ist und mit einem Flügelrotor, der in drehfester Verbindung mit der Nockenwelle steht und der Mittel zu einer lösbaren Drehfixierung desselben, vorzugsweise einen axial verschiebbaren Fixierstift aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist aus der gattungsbildenden DE 196 23 818 A1 vorbekannt. In dieser Schrift ist der Stator mit einer Frontplatte und einem Ket tenkranz verschraubt, die zusammen ein Gehäuse mit Hydraulikkammern bil den. In diesen ist ein Flügelrotor mit Flügeln schwenkbar angeordnet, der die Hydraulikkammern unterteilt. Die einzelnen Kammern sind über Hydrauliklei tungen mit Drucköl beaufschlagbar, wodurch der Flügelrotor innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs schwenkbar oder in einer beliebigen Zwischen stellung festlegbar ist. Sinkt der Öldruck unter einen gewissen Mindestwert (bei Motorstillstand, Motorstart oder niedriger Motordrehzahl) wird ein Verriege lungsteil, das in einem der Flügel des Flügelrotors axial verschiebbar gelagert ist, durch Federkraft in eine Öffnung der Frontplatte geschoben. Dadurch wer den Flügelrotor und Stator drehfest gekuppelt und somit wird die Nockenwelle direkt von dem Kettenkranz angetrieben. Auf diese Weise werden Klapperge räusche bei niedriger Motordrehzahl vermieden und die für den Motorstart op timale Verstellung der Einlaßnockenwelle sichergestellt. Bei steigender Mo tordrehzahl und damit steigendem Öldruck wird die Verriegelung des Flügelro tors aufgehoben, so daß die Drehwinkelverstellung wieder wirksam wird.

Nachteilig an dieser Vorrichtung ist deren fehlende Öldichtheit. Deshalb eignet sie sich nur für öldicht gekapselte Antriebe mit Kette oder Zahnrad. Für den aus Kosten- und Geräuschgründen interessanten Zahnriemenantrieb, der ei nen ölfreien Betrieb erfordert, kommt obige Vorrichtung nicht in Frage.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dreh winkelverstellung einer Nockenwelle zu schaffen, die auch für einen Antrieb durch Zahnriemen geeignet und kostengünstig zu fertigen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß alle Bauteile des Drehflügelverstellers, die Druckölkontakt haben, in einem öldichten Gehäuse angeordnet sind. Dazu gehören zumindest der Stator und der Flügelrotor mit den Mitteln einer lösba ren Drehfixierung. Durch die öldichte Ausführung des Drehflügelverstellers kann dieser mittels Zahnriemen angetrieben werden.

Das öldichte Gehäuse kann z. B. als Drehteil oder durch Genau- bzw. Spritz guß, durch Sinterpressen oder Schmieden hergestellt werden. Besonders ko stengünstig ist seine Ausbildung als Tiefziehteil aus Stahlblech. Hierdurch kann ein kostengünstiges Ausgangsmaterial mit geringem Bearbeitungsauf wand in eine Endform gebracht werden, die nur wenig zerspanende Nacharbeit erfordert. Dadurch, daß das öldichte Gehäuse ein nockenwellennahes Gehäu seteil und ein nockenwellenfernes Gehäuseteil mit in etwa gleicher Verfor mungstiefe aufweist, ist eine wirtschaftliche Fertigung des Gehäuses gewähr leistet.

Von Vorteil ist, daß die Gehäuseteile einen ebenen Boden aufweisen, an des sen Umfang sich ein zylindrischer Abschnitt und an diesen sich ein nach außen gerichteter Flansch anschließt. Durch Abdichten der einzigen Flanschverbin dung wird das Gehäuse öldicht. Es ist auch denkbar, bei einem der Gehäuse teile den zylindrischen Abschnitt . . . zu lassen und den ebenen Boden direkt in den radialen Flansch auslaufen zu lassen. Weiterhin ist vorstellbar, an diesem Flansch einen äußeren zylindrischen Abschnitt anzuschließen, in dessen äu ßerem Umfang das Profil des Zahnriemenrads eingewalzt wird. Dadurch könnte ein getrenntes Zahnriemenrad nebst seiner Befestigung entfallen.

Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, daß die Flansche und das Antriebsrad durch über den Umfang des Drehflügelverstellers gleichmäßig verteilte Flansch schrauben verbindbar und daß die Flanschschrauben als Paßschrauben aus gebildet sind, die in Gewindebohrungen des Antriebsrades einschraubbar sind. Da die Flanschschrauben außerhalb des Druckölbereichs liegen, können sie keine Leckölprobleme verursachen. Die Ausbildung der Flanschschrauben als Paßschrauben bietet unabhängig von der Höhe der Flächenpressung zwischen den Flanschen eine zuverlässige Übertragung des Nockenwellenmoments.

Vorteilhaft ist auch, daß zwischen zumindest einem der ebenen Böden und dem Stator eine ebene, sortierte Ausgleichsscheibe vorgesehen ist, deren Durchmesser mit Spiel dem Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts entspricht. Die in unterschiedlichen Stärken vorliegenden Ausgleichsscheiben gestatten den Ausgleich von Fertigungstoleranzen der tiefgezogenen Gehäu seteile und deren Verformung beim Anziehen der Flanschschrauben. Dadurch kann das axiale Spiel zwischen den Flanschen, das zur Erzeugung der für die Übertragung des Nockenwellenmoments erforderlichen Verspannung der In nenbauteile des Drehflügelverstellers benötigt wird, eingestellt werden. Das für den Freigang und die Abdichtung des Flügelrotors erforderliche Radial- und Axialspiel desselben wird durch entsprechende Bearbeitung von Flügelrotor und Stator sichergestellt.

Die Übertragung des Nockenwellenmoments wird dadurch erreicht, daß das Antriebsrad, die Flansche, die Gehäuseteile, die Ausgleichsscheiben und der Stator mit Hilfe der Flanschschrauben drehfest verspannbar sind. Dabei ist es von Vorteil, daß sich die Vorspannkraft der Flanschschrauben vor allem im Umfangsbereich der Reibpartner und damit am größten Reibradius auswirkt. Die auftretenden Reibkräfte werden dadurch erhöht, daß die verspannten Flä chen, insbesondere die Seitenflächen des Stators, eine Profilierung aufweisen. Dadurch wird der Reibschluß durch zusätzlichen Formschluß unterstützt.

Es hat Vorteile, daß die Ausgleichsscheibe, die auf derjenigen Seite des Flü gelrotors angeordnet ist, aus der der Fixierstift austritt, eine Arretierbohrung zum Einrasten desselben aufweist. Die Ausgleichsscheibe ist durch die Arre tierbohrung zugleich Verriegelungsscheibe. Die Arretierbohrung ist als Durch gangsbohrung einfach zu fertigen. Der ebene Boden dient als Anschlag für den Fixierstift.

Dadurch, daß ein Runddichtring in einer Nut angeordnet ist, der sich durch den fertigungsbedingten Übergangsradius zwischen den Innenflächen der zylindri schen Abschnitte und den Flanschen bildet, wird eine ohnedies vorhandene Nut zum Abdichten der Flansche ausgenutzt.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß der erfindungsgemäße Drehflü gelversteller aufgrund der öldichten Kapselung aller Drucköl beaufschlagten Teile die Verwendung eines kostengünstigen und geräuscharmen Zahnrie menantriebs der Nockenwelle gestattet. Die Verwendung von tiefgezogenen Bauteilen für das öldichte Gehäuse bietet zusätzliche Kostenvorteile.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung der Zeichnungen sowie aus den Zeichnungen selbst, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher er läutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausge bildeten Drehflügelversteller,

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch den Drehflügelversteller nach Fig. 1.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Drehflügelversteller 1, der zur Drehwinkel verstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftma schine dient. Mit Hilfe der Nockenwelle werden die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine betätigt. Das Optimum von deren Steuerzeiten ändert sich mit der Motordrehzahl. Es verschiebt sich bei dem Einlaßventilen mit steigen der Motordrehzahl nach spät, bei den Auslaßventilen nach früh. Bei Motoren mit getrennten Nockenwellen für die Ein- und Auslaßventile besteht die Mög lichkeit, durch entsprechendes Verdrehen der Nockenwellen die gewünschte drehzahlabhängige Anpassung der Steuerzeiten auf einfache Weise zu ver wirklichen. Diesem Zwecke dient der erfindungsgemäße Drehflügelversteller 1. Er besitzt ein Gehäuse 2 zur öldichten Kapselung sämtlicher Bauteile, die Druckölkontakt haben. Das Gehäuse 2 besteht aus einem nockenwellennahen Gehäuseteil 3 und einem nockenwellenfernen Gehäuseteil 4. Beide Gehäuse teile 3, 4 weisen einen ebenen Boden 5, 6 auf, an dessen Umfang sich ein zy lindrischer Abschnitt 7, 8 und an diesen ein nach außen gerichteter Flansch 9, 10 anschließen. Die Flansche 9, 10 sind mit einem Antriebsrad 11 durch acht gleichmäßig verteilte Flanschschrauben 37 verbunden. Diese sind als Paß schrauben ausgebildet und in Gewindebohrungen des Antriebsrads 11 einge schraubt. Das Antriebsrad 11 ist als Zahnriemenrad ausgebildet. Im Gehäuse 2 ist ein Stator 12 mit geringem Radialspiel zu den zylindrischen Abschnitten 7, 8 eingesetzt. Zwischen dem Stator 12 und dem ebenen Boden 5, 6 sind Aus gleichsscheiben 13, 14 vorgesehen, deren Durchmesser mit Spiel dem Innen durchmesser der zylindrischen Abschnitte 7, 8 entspricht.

Das Antriebsmoment der Nockenwelle wird durch Reibschluß von dem An triebsrad 11 über die Flansche 9, 10, die Gehäuseteile 3, 4 und die Aus gleichsscheiben 13, 14 auf den Stator 12 übertragen. Die Druckverspannung der Reibpartner wird durch die Schraubenkraft der acht Flanschschrauben 37 erzielt. Da die Schraubenkraft auf die Flansche 9, 10 und parallel dazu auf die ebenen Böden 5, 6 wirken soll, ist eine genaue Abstimmung des Spiels zwi schen den Flanschen 9, 10 erforderlich. Ist dieses Spiel vor dem Anziehen der Flanschschrauben 37 gleich Null, geht die Schraubenkraft zu 100% in die Flansche 9, 10, während die ebenen Böden 5, 6 kraftlos bleiben. Wird das Spiel zwischen den Flanschen 9, 10 vor dem Anziehen der Flanschschrauben 37 so groß gewählt, daß es nach deren Anziehen genau Null beträgt, d. h., daß sich die Flansche 9, 10 gerade berühren, dann geht die gesamte Schrauben kraft in die ebenen Böden 5, 6, während zwischen den Flanschen 9, 10 kei nerlei Reibschluß besteht. Bei geringerem Spiel zwischen den Flanschen 9, 10 vor dem Anziehen der Flanschschrauben 37 liegt die Verteilung der Schrau benkraft zwischen diesen Extremen. Durch Ausbilden der acht Flanschschrau ben 37 als Paßschrauben kann das von dem Flansch 9 auf den anderen Flansch 10 zu übertragende halbe Nockenwellenmoment auch gänzlich durch Scherkraft übertragen werden, so daß die gesamte Schraubenkraft den inneren Reibverband zwischen den Böden 5, 6, den Ausgleichsscheiben 13, 14 und dem Stator 12 zur Verfügung steht.

Der Stator 12 besitzt an seinem Umfang vier gleichmäßig verteilte Zwischen wände 15, die von einem Außenring 16 zu einem Nabenring 17 eines Flügel rotors 18 reichen. Die vier Zwischenwände 15 schließen vier Zwischenräume 19 ein, die durch je einen Flügel 20 des Flügelrotors 18 in zwei Hydraulikkam mern 21 unterteilt sind. Die Zwischenwände 15 und die Flügel 20 sind konisch gestaltet, wobei deren nicht parallele Begrenzungsflächen 22, 23 auf die Achse des Drehflügelverstellers 1 gerichtet sind.

Der Flügelrotor 18 ist gegenüber dem Stator 12 am Nabenring 17 und am Au ßenring 16 durch Spaltdichtungen abgedichtet. Auf gleiche Weise sind die pa rallelen Begrenzungsflächen 24, 25 des Flügelrotors 18 gegenüber den Aus gleichsscheiben 13, 14 abgedichtet. Der Flügelrotor 18 ist im Einbauzustand des Drehflügelverstellers 1 mit einer Verbindungshülse 26 verspannt, die in einem zylindrischen Ansatz 27 des nockenwellennahen Gehäuseteils 3 gela gert ist. Ein zur Verbindungshülse 26 konzentrisch angeordnetes Ölführungs rohr 28 dient der Führung des Druckölstroms. Der zylindrische Ansatz 27 und damit der Drehflügelversteller 1 insgesamt sind durch einen auf dem Außen umfang des Ansatzes 27 wirksamen motorseitigen Dichtring 38 gegen Ölaus tritt gesichert.

Eine Gewindeöffnung 29 dient der Montage einer nicht dargestellten zentralen Befestigungsschraube, mit der der Drehflügelversteller 1 an die Nockenwelle angeschraubt wird. Die Gewindeöffnung 29 wird durch einen Verschlußstopfen 30 mit Runddichtring 31 drucköldicht verschlossen. Ein anderer Runddichtring 32 dient zur Druckölabdichtung der Flansche 9, 10. Er ist in einer Nut angeord net, die sich durch den fertigungsbedingten Übergangsradius zwischen den Innenflächen der zylindrischen Abschnitte 7, 8 und den Flanschen 9, 10 bildet.

In einem der Flügel 20 ist ein axial verschiebbarer Fixierstift 33 angeordnet, dessen abgestufte Stirnseite von Drucköl beaufschlagbar ist. So lange Öldruck vorhanden ist, liegt der Fixierstift 33 an einem Anschlag 34 im Flügel 20 an und ermöglicht so das Schwenken des Flügelrotors 18. Sinkt der Öldruck unter eine gewisse Höhe (z. B. beim Motorstillstand, Motorstart oder niedriger Motordreh zahl) wird der Fixierstift 33 durch eine Druckfeder 35, die sich auf den Grund einer Sackbohrung im Flügel 20 abstützt, in eine Arretierbohrung 36 der Aus gleichsscheibe 14 geschoben. Dadurch sind Flügelrotor 18 und Stator 12 fest miteinander gekoppelt, wodurch Klappergeräusche, insbesondere beim Start, vermieden werden. Die Arretierung des Flügelrotors 18 erfolgt in der für den Start optimalen Position. Die Arretierbohrung 36 ist als Durchgangsbohrung ausgeführt. Der arretierte Fixierstift 33 liegt an dem nockenwellenfernen Ge häuseteil 4 an und verursacht so keinerlei Ölleckagen.

Bezugszahlenliste

1

Drehflügelversteller

2

Gehäuse

3

nockenwellennahes Gehäuseteil

4

nockenwellenfernes Gehäuseteil

5

ebener Boden

6

ebener Boden

7

zylindrischer Abschnitt

8

zylindrischer Abschnitt

9

Flansch

10

Flansch

11

Antriebsrad

12

Stator

13

Ausgleichsscheibe

14

Ausgleichsscheibe

15

Zwischenwand

16

Außenring

17

Nabenring

18

Flügelrotor

19

Zwischenraum

20

Flügel

21

Hydraulikkammer

22

nicht parallele Begrenzungsfläche

23

nicht parallele Begrenzungsfläche

24

parallele Begrenzungsfläche

25

parallele Begrenzungsfläche

26

Verbindungshülse

27

zylindrischer Ansatz

28

Ölführungsrohr

29

Gewindeöffnung

30

Verschlußstopfen

31

Runddichtring

32

anderer Runddichtring

33

Fixierstift

34

Anschlag

35

Druckfeder

36

Arretierbohrung

37

Flanschschraube

38

Dichtring

Claims

1. Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, insbesondere Drehflügelversteller (1), mit einem Stator (12), der von der Kurbelwelle vorzugsweise über ein Zugmittel und über ein Antriebsrad (11) angetrieben ist und mit einem durch Drucköl beaufschlagbaren Flügelrotor (18), der in drehfester Verbin dung mit der Nockenwelle steht und welcher Mittel zu einer lösbaren Dreh fixierung desselben, vorzugsweise einen axial verschiebbaren Fixierstift (37) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauteile des Drehflügel verstellers (1), die Druckölkontakt haben, in einem öldichten Gehäuse (2) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das öldichte Gehäuse (2) als Tiefziehteil ausgebildet ist und vorzugsweise aus Stahl blech besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das öldichte Gehäuse (2) ein nockenwellennahes Gehäuseteil (3) und ein nockenwel lenfernes Gehäuseteil (4) mit in etwa gleicher Verformungstiefe aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäu seteile (3, 4) einen ebenen Boden (5, 6) aufweisen, an dessen Umfang sich ein zylindrischer Abschnitt (7, 8) und an diesem ein nach außen gerichteter Flansch (9, 10) anschließen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flan sche (9, 10) und das Antriebsrad (11) durch über den Umfang des Drehflü gelverstellers (1) gleichmäßig verteilte Flanschschrauben (37) verbindbar sind, wobei die Flanschschrauben (37) als Paßschrauben ausgebildet und in Gewindebohrungen des Antriebsrads (11) einschraubbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einem der ebenen Böden (5, 6) und dem Stator (12) eine ebene, sortierte Ausgleichsscheibe (13, 14) vorgesehen ist, deren Durchmesser mit Spiel dem Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts (7, 8) ent spricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das An triebsrad (11), die Flansche (9, 10), die Gehäuseteile (3, 4), die Aus gleichsscheiben (13, 14) und der Stator (12) mit Hilfe der Flanschschrau ben (37) drehfest verspannbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ver spannten Flächen, insbesondere die Seitenflächen des Stators (12) eine Profilierung aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus gleichsscheibe (14), die auf derjenigen Seite des Flügelrotors (18) ange ordnet ist, aus der der Fixierstift (33) austritt, eine Arretierbohrung (36) zum Einrasten desselben aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rund dichtring (32) in einer Nut angeordnet ist, die sich durch den fertigungsbe dingten Übergangsradius zwischen den Innenflächen der zylindrischen Ab schnitte (7, 8) und den Flanschen (9, 10) bildet.