DE3907077A1 - Einrichtung zur relativen winkelverstellung einer nockenwelle von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur rela­ tiven Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der diese antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gemäß den weiteren im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine Einrichtung der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-OS 33 16 162 bekannt. Bei dieser Einrichtung ist der Stellweg des zwischen Antriebshülse und Verstellbuchse angeordneten Stellschiebers durch Anschläge begrenzt. Da­ bei sind die Anschläge unmittelbar zwischen dem Stell­ schieber und angrenzenden Bauteilen der Einrichtung wirk­ sam.

Infolge dieser Anordnung der Anschläge ist eine Verspan­ nung der Verzahnung zwischen Antriebshülse und Verstell­ buchse nicht möglich. Dies hat den Nachteil, daß insbe­ sondere in den Endstellungen des Stellschiebers auf Grund des fertigungsbedingten Zahnspiels in der Verzahnung Klappergeräusche auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrich­ tung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der diese antreibenden Kurbelwelle zu schaffen, bei der auch zumindest in einer Endstellung des Stell­ schiebers eine Verspannung in der Verzahnung zwischen An­ triebshülse und Verstellbuchse erreicht wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Verlagerung des Anschlages vom Stellschieber weg wird erreicht, daß sich dieser in der Verzahnung zumindest in einer Verstellrichtung anschlagfrei bewegen kann. Die Begrenzung der Verstellbewegung in einer Endstellung er­ folgt dabei durch den in erfindungsgemäßer Weise zwischen Antriebshülse und Nockenwelle wirksamen Anschlag. Hier­ durch wird erreicht, daß der Stellschieber in der an­ schlagfreien Endstellung unter dem Druck einer Feder oder eines anderen Steuermittels, z. B. unter dem Druck des Schmieröls aus dem Schmierölkreislauf in die Verzahnung der durch den Anschlag gegenseitig verblockten Antriebs­ hülse und Nockenwelle gepreßt wird.

Durch die sich hieraus ergebende Verspannung in der Ver­ zahnung wird das Zahnspiel überbrückt und damit in vor­ teilhafter Weise die Entstehung von Klappergeräuschen vermieden.

Es hat sich gezeigt, daß in der Start- und Leerlaufphase der Brennkraftmaschine die Klappergeräusche am stärksten auftreten. In diesen Betriebsphasen befindet sich die Einrichtung in einer sogenannten Grundeinstellung, d. h., die Winkelverstellung zwischen Antriebshülse und Nocken­ welle ist gleich Null und die Nockenwelle ist nach "spät" eingestellt. Der Stellschieber befindet sich dabei in ei­ ner Endstellung. Zur Beseitigung der Klappergeräusche reicht es daher aus, wenn in der Grundstellung der Ein­ richtung der Anschlag zwischen Antriebshülse und Nocken­ welle wirksam ist und der Stellschieber in der entspre­ chenden Endstellung anschlagfrei ist.

Eine in baulicher Hinsicht platzsparende sowie fertigungstechnisch günstige Ausgestaltung des Anschlages ist in den Ansprüchen 2 und 3 enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Einrichtung zur Winkelverstellung der Nockenwelle in einem Längsschnitt,

Fig. 2 die Anordnung und Ausbildung des Anschlages zwischen Antriebshülse und Nockenwelle in einem Schnitt II-II aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Win­ kelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der diese an­ treibenden Kurbelwelle. Ein durch eine nicht gezeigte Kette von einer hier ebenfalls nicht gezeigten Kurbelwelle angetriebenes Antriebszahnrad 1 sitzt auf einem mit einer Innenverzahnung 2 versehenen Antriebshülse 3. Über eine entsprechende Außenverzahnung 4 ist ein mit einer Ölboh­ rung 5 versehener ringförmiger Stellschieber 6 axial ver­ schiebbar und verdrehbar im Antriebshülse 3 angeordnet. Der Stellschieber 6 weist an seiner Innenseite wiederum eine Verzahnung 7 auf, über die er ebenfalls axial ver­ schiebbar und verdrehbar über eine Außenverzahnung 8 mit einer Verstellbuchse 9 formschlüssig verbunden ist. Diese Verstellbuchse 9 weist einen Flansch 12 auf, der über eine Schraubverbindung 10 an einem Gegenflansch einer Nockenwelle 11 befestigt ist. Die Antriebshülse 3 stützt sich drehbar auf dem am nockenwellenseitigen Ende der Verstellbuchse 9 angeord­ neten Flansch 12 und auf einem einem motorgehäusefesten Teil 13 zugewandten Deckel 14 ab. Antriebshülse 3 sowie Verstellbuchse 9 und Nockenwelle 11 bilden zusammen mit dem Deckel 14 einen ringförmigen Raum, der durch den längsverschiebbaren Stellschieber 6 in zwei Arbeitsräume 15 und 16 unterteilt ist.

Um durch eine Axialverschiebung des Stellschiebers 6 eine Winkelverstellung der Nockenwelle 11 zu erreichen, ist zumindest ein Verzahnungspaar 2, 4 oder 7, 8 als Schrägver­ zahnung ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel sind beide Verzahnungspaare mit einer gegensinnigen Schrägverzahnung versehen.

Die Aufteilung einer Schrägverzahnung auf die hier gezeigten zwei Schrägverzahnungen 2, 4 und 7, 8 erlaubt eine Verringerung des Schrägungswinkels jeder der ein­ zelnen Schrägverzahnungen bei gleichem Längsverstellweg. Auf diese Weise kann ein großer Bereich für die Winkel­ verstellung bei gleichzeitig kurzem axialen Verstellweg erzielt werden. Diese Tatsache erlaubt eine kurze und raumsparende Ausführung der Verstellvorrichtung.

Innerhalb der hohlen Verstellbuchse 9 ist ein in Richtung ihrer Längsachse beweglicher Steuerkolben 17 mit umlau­ fender Ölnut 18 eingesetzt, der durch eine sich an einem Ende 19 der Verstellbuchse 9 abstützende Feder 20 in seine Grundstellung in Richtung der Nockenwelle 11 gedrückt wird. An der der Nockenwelle 11 abgewandten Seite des mit der Verstellvorrichtung rotierenden Steuerkolbens 17 ist mit diesem ein Anker 21 eines maschinenfesten Elektroma­ gneten 22 über eine Verschraubung 23 verbunden. Der Elektromagnet 22 ist als Ringmagnet ausgebildet, in dem der Anker 21 frei drehbar eingetaucht ist. Über einen An­ schluß 24 ist der Elektromagnet mit einem hier nicht dar­ gestellten Steuergerät elektrisch verbunden. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromagneten 22 durch das Steuergerät wird der rotierende Anker 21 in Richtung des Elektromagneten 22 bewegt und bringt dadurch den fest mit ihm verbundenen Steuerkolben 17 gegen die Kraft der Feder 20 aus seiner Grundstellung in die Ar­ beitsstellung, in der der Steuerkolben 17 an einer der Nockenwelle 11 gegenüberliegenden Fläche 25 der Verstell­ buchse 9 anliegt. Die Lage dieser Fläche 25 ist so ge­ wählt, daß der axiale Verstellweg des Steuerkolbens 17 derart begrenzt ist, daß der Anker 21 in seiner Arbeits­ stellung nicht mit einem Gehäuseteil des Elektromagneten 22 in Berührung kommt. Auf diese Weise tritt keine Reibung zwischen dem rotierenden Anker 21 und dem feststehenden Gehäuse auf. Der Steuerkolben 17 bleibt solange in dieser Arbeitsstellung, wie an dem Elektromagneten 22 Spannung anliegt und kehrt erst nach Abschalten dieser Spannung, durch die Kraft der Feder 20 betätigt, in seine Grund­ stellung in Richtung zur Nockenwelle 11 zurück.

Im spannungslosen Zustand des Elektromagneten 22 befindet sich der Steuerkolben 17 - durch die Kraft der Feder 20 gehalten - in seiner hier gezeichneten Grundstellung. Über eine Öllängsbohrung 26 in der Nockenwelle 11, eine Ver­ bindungsbohrung 27 und eine Flanschwellenölbohrung 28 mit umlaufender Ringnut 29 gelangt Schmieröl unter Druck aus dem Motorölkreislauf in die umlaufende Ölnut 18 des Steu­ erkolbens 17. Die Verstellbuchse 9 weist eine in dieser Steuerkolbenstellung mit der Ölnut 18 in Verbindung ste­ hende radiale Ölzuführbohrung 30 zum ersten Arbeitsraum 16 auf. Gleichzeitig wird durch die Stellung des Steuerkol­ bens 17 die Ölabflußbohrung 31 aus diesem Arbeitsraum 16 geschlossen, so daß der Stellschieber 6 durch den Öldruck in seine der Nockenwelle 11 abgewandte Grundstellung ge­ bracht wird. Zuvor im zweiten Arbeitsraum 15 befindliches Öl, das in dieser Stellung drucklos ist, da die zweite Ölzufuhrbohrung 32 durch den Steuerkolben 17 verschlossen ist, kann aus dem Arbeitsraum 15 über die Verzahnung 2, 4 die Ölbohrung 5 im Stellschieber 6, die zweite Verzahnung 7, 8 und eine zweite, radiale Ölabflußbohrung 33 in der Verstellbuchse 9 in den Steuerkolben 17 gelangen, von wo aus es über Radialbohrungen 35 und eine Längsbohrung 36 des Steuerkolbens 17 und einen in der Nockenwelle 11 an­ geordneten Kanal 37 dem Motorölkreislauf wieder zufließt.

Die Verstellung der Einrichtung in die Arbeitsstellung wird vom Steuergerät eingeleitet.

Durch das Steuergerät betätigt, zieht der Elektromagnet 22 den Anker 21 und den mit diesem verbundenen Steuerkolben 17 gegen die Kraft der Feder 20 soweit an, daß dieser sich mit einer Schulter an eine der Nockenwelle 11 gegenüber­ liegenden Fläche 25 der Verstellbuchse 9 anlegt. Drucköl aus dem Motorölkreislauf gelangt aus der Öllängsbohrung 26 der Nockenwelle 11, wie oben beschrieben, in die umlau­ fende Ölnut 18 des Steuerkolbens 17. Durch die veränderte Stellung des Steuerkolbens 17 ist die Ölzufuhrbohrung 30 zum Arbeitsraum 16 verschlossen, jedoch die Ölabflußboh­ rung 31 geöffnet. Im Arbeitsraum 16 befindliches Öl kann bei der Verstellbewegung des Stellkolbens 6 über diese Bohrung 31 und einen nockenwellenseitigen Steuerkolbenraum 36 in den Kanal 37 ausgedrückt werden und dem Motoröl­ kreislauf wieder zugeführt werden. Ein Ölfluß in den zweiten Arbeitsraum 15 über die Längsbohrung 36, die Ra­ dialbohrungen 35 und den Steuerkolben 17 ist dabei durch die Stellung des Steuerkolbens 17 unmöglich gemacht. Über die geöffnete zweite Ölzufuhrbohrung 32 gelangt das Drucköl aus der umlaufenden Ölnut 18 zur Ölbohrung 5 des Stellkolbens 6 in den Arbeitsraum 15. Dabei wird der Stellschieber 6 in Richtung zur Nockenwelle 11 axial ver­ schoben und drückt, wie oben beschrieben, Öl aus dem Ar­ beitsraum 16 aus. Durch die Schrägverzahnungen 2, 4 und 7, 8 erfährt die Nockenwelle 11 bei der Längsverschiebung des Stellkolbens 6 eine Relativverdrehung gegenüber dem ange­ triebenen Antriebszahnrad 1. Diese Arbeitsstellung wird aber nur solange beibehalten wie der Elektromagnet 22 über das Steuergerät mit Spannung versorgt wird. Beim Abschal­ ten des Elektromagneten 22 wird der Steuerkolben 17 durch die Feder 20 in seine Grundstellung nach Fig. 1 geschoben und die Verdrehung der Nockenwelle 11 wird durch die er­ neute Längsverschiebung des Stellkolbens 6 in seine Grundstellung wieder rückgängig gemacht.

Der Deckel 14 hat auf seiner dem Stellschieber 6 zuge­ wandten Seite eine Aussparung 38. Hierdurch ergibt sich zwischen dem Ende der Verzahnung 2, 4 bzw. 7, 8 und dem Deckel 14 ein Freigang 39, durch den der Stellschieber 6 bei einer Bewegung aus der strichpunktiert dargestellten Arbeitsstellung in die eingezeichnete Grundstellung an­ schlagfrei bewegt werden kann. In der Grundstellung ist die Winkelverstellung zwischen Antriebszahnrad 1 und Nocken­ welle 11 gleich Null. Diese Lage zwischen Antriebszahnrad 1 und Nockenwelle 11 wird erfindungsgemäß durch einen Anschlag 40 blockiert, der zwischen der Ver­ stellbuchse 9 und der Antriebshülse 3 wirksam ist und der über die Verzahnung gleichzeitig eine weitere Bewegung des Stellschiebers 6 in Richtung des Deckels 14 verhindert. Auf Grund des Freigangs 39 kann jedoch der Stellschieber 6 in der Grundstellung vom Steuermittel im Arbeitsraum 16 soweit in die Verzahnung hineingedrückt werden, bis ein vorhandenes Zahnspiel überbrückt und eine Verspannung zwischen den Zahnflanken erreicht ist. Die Entstehung von Klappergeräuschen ist damit ausgeschaltet.

In der Start- und Leerlaufphase befindet sich die Ein­ richtung in der in Fig. 1 gezeigten Grundstellung. Insbe­ sondere in der Startphase ist dabei im Arbeitsraum 16 noch kein genügend hoher Steuerdruck vorhanden, durch den der Stellschieber 6 in die Verzahnung gedrückt werden könnte.

Als Ersatz für den fehlenden Steuerdruck ist deshalb im Arbeitsraum 16 eine Druckfeder 41 angeordnet, die sich an der Verstellbuchse 9 und am Stellschieber 6 abgestützt und diesen in die Verzahnung drückt. Hierdurch wird sicherge­ stellt, daß auch in der Startphase ein Klappern der Ein­ richtung vermieden wird. Da gemäß der Ausführung in Fig. 1 der Stellschieber 6 in die Grund- und Arbeitsstellung mittels des Steuermittels verstellt wird, ist die Feder 41 so ausgelegt, daß ihre Druckkraft gerade ausreicht, den Stellschieber 6 in der Grundstellung festzuhalten.

Die an einer zylindrischen Mantelfläche 42 des Flansches 12 der Verstellbuchse 9 drehbar abgestützte Antriebshülse 3 ist in axialer Richtung zwischen dem Deckel 14 und einem radial von der Mantelfläche 42 abstehenden Bund 43 ge­ führt.

Gemäß Fig. 2 besteht der Anschlag 40 aus einer randoffenen Ausnehmung 44 im Bund 43 und einem in diese eingreifenden Mitnehmerzahn 45 an der Antriebshülse 3. Der dabei in einfacher Weise als axialer Fortsatz der Antriebshülse ausgebildete Mitnehmerzahn 45 besitzt zwei Anschlagflanken 46 und 47, von denen die Anschlagflanke 46 in der Grund­ stellung der Einrichtung an einer Anlagefläche 48 der Ausnehmung 44 anliegt. Die Breite der Ausnehmung ist dabei so festgelegt, daß zwischen der Anschlagflanke 47 und ei­ ner gegenüberliegenden Anlagefläche 49 der Ausnehmung 44 noch ein dem Verstellwinkel der Nockenwelle 11 entspre­ chender Abstand vorhanden ist. Hierdurch wird auch in der Arbeitsstellung der Stellschieber 6 durch den Anschlag 40 fixiert und kann somit auch in dieser Stellung anschlag­ frei gehalten werden. Durch diese Ausbildung des An­ schlages 40 ist es damit möglich, sowohl in der Grund- als auch in der Arbeitsstellung auftretende Klappergeräusche zu vermeiden.

Zur Vermeidung der Geräusche reicht es im Rahmen der Er­ findung aus, wenn der Stellschieber 6 nur in der Grund­ stellung anschlagfrei gehalten ist und dabei der Anschlag 40 in der erfindungsgemäßen Anordnung so ausgebildet ist, der die Antriebshülse 3 und die Nockenwelle nur in der Grundstellung blockiert sind.

Claims (3)

1. Einrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der diese antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einer am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle drehfest angeordneten Verstellbuchse mit einer Außenverzahnung, einer die Verstellbuchse umge­ benden Antriebshülse, die mit einem Antriebszahnrad ver­ bunden ist und eine Innenverzahnung aufweist, ferner mit einem zwischen Antriebshülse und Verstellbuchse ver­ schiebbar angeordneten Stellschieber, der eine mit der Innenverzahnung der Antriebshülse und der Außenverzahnung der Verstellbuchse in Eingriff stehende Doppelverzahnung aufweist, wobei zumindest ein Verzahnungspaar als Schräg­ verzahnung ausgebildet ist und mit einer Feder, durch die der Stellschieber in einer Grundstellung gehalten ist, in der eine Verstellung der Nockenwelle durch einen Anschlag begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (40) zwischen Antriebshülse (3) und Nocken­ welle (11) wirksam ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (40) durch mindestens einen an der An­ triebshülse (3) angeordneten Mitnehmerzahn (45) und eine entsprechende Ausnehmung (44) an einem Teil der Nocken­ welle (11) oder umgekehrt, gebildet ist und daß zwischen den Flanken (46, 47) des Mitnehmerzahnes (45) und den An­ lageflächen (48, 49) der Ausnehmung (44) ein Spiel vorge­ sehen ist, das weitgehen der Winkelverstellung der Nocken­ welle (11) entspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbuchse (9) einen scheibenförmigen Flansch (12) aufweist, der mit einem entsprechenden Gegenflansch am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle (11) verschraubt ist, daß die Antriebshülse (3) auf der zylindrischen Man­ telfläche (42) des Flansches (12) drehbar abgestützt ist und an einem radial von der Mantelfläche abstehenden Bund (43) des Flansches (12) anliegt, und daß der Mitnehmerzahn (45) als axialer Fortsatz der Antriebshülse (3) in die am Bund (43) vorgesehene randoffene Ausnehmung (44) ein­ greift.