DE3937644A1 - Vorrichtung zur hydraulischen drehwinkelverstellung einer welle relativ zu einem antriebsrad, insbesondere nockenwelle fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Welle relativ zu einem Antriebsrad, insbesondere Nockenwelle für Brennkraftmaschinen gemäß den im Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US-A-31 09 417 bekannt. Bei dieser und anderen bekannten Vorrichtungen unterteilt jeder Flügel des Flügelrades eine Zelle im Zellenrad in zwei gegeneinander relativ abgedichtete Kammern, von denen zumindest eine druck­ beaufschlagt ist. Bei Stillsetzung der Maschine fließt das Druckmedium aus den Kammern über vorgesehene Versor­ gungsleitungen und/oder Entleerungsleitungen sowie über Leckspalte ab.

Mit den im wesentlichen vom Druckmedium entleerten Kammern ergeben sich beim Ingangsetzen der Maschine und hierbei insbesondere bei maschineninterner Versorgung der Vorrichtung mit dem Druckmedium unerwünschte Rela­ tivdrehbewegungen zwischen Flügelrad und Zellenrad mit nachteilig hohen mechanischen Belastungen. Das Leer­ laufen der Kammern mittels Ventilen in den weiter o. g. Leitungen zu vermeiden, erfordert die Beseitigung sämtlicher Leckspalte in der Vorrichtung, wodurch für diese in nachteiliger Weise ein erheblicher zusätzlicher Bauaufwand anfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemäß ausgebildete Vorrichtung eine Maßnahme aufzuzeigen, durch die nachteilige Relativdrehbewegungen zwischen Flügelrad und Zellenrad beim Starten der Maschine mit einfachen Mitteln sicher vermieden sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch, daß eine Sperreinrichtung zur Verriegelung des Flügelrades in der Ausgangsstellung mit dem Zellenrad vorgesehen ist.

Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise mit einfachen Mitteln beim Ingangsetzen bzw. Starten der Maschine eine Relativdrehung zwischen Flügelrad und Zellenrad der Vorrichtung zu vermeiden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. So ist ein Vorschlag darauf gerichtet, die Sperreinrichtung als eine in der Vor­ richtung zentrisch angeordnete und verschiebebewegliche Sperrhülse auszubilden. Mit dieser Ausbildung verbindet sich neben hoher Festigkeit ein einfacher Aufbau, insbesondere in Verbindung mit der Betätigung für die Sperrfunktion. Eine platzsparende, einfache Anordnung der Sperrhülse ist mit Vorteil in der Nabe eines Flügel­ rades erzielt. Diese Kombination ist weiter vorteilhaft bei einem auf der Flügelrad-Nabe zentrierten Zellenrad für die kompakte Anordnung einer Hydraulik-Steuerein­ richtung in der Flügelrad-Nabe, wobei mit der Verwendung eines axial verschiebebeweglichen Steuerschiebers diesem zumindest für eine Richtung die Betätigung der Sperr­ hülse zugeordnet werden kann. In die Gegenrichtung können Sperrhülse und Steuerschieber nach einem weiteren Vorschlag jeweils gesondert federbeaufschlagt sein für den Fall eines einfachen, kostengünstigen Stellmotors für den Stellschieber.

Die Erfindung ist anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine zweiseitig beaufschlagte Vorrichtung im Längsschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 2,

Fig. 2 die Vorrichtung im Querschnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 1,

Fig. 3 eine einseitig beaufschlagte Vorrichtung im Längsschnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 4 und

Fig. 4 die Vorrichtung im Querschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 3.

Eine lediglich abschnittsweise gezeigte Nockenwelle 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ist mit einer Vorrichtung 2 zur hydraulischen Drehwinkelverstel­ lung der Nockenwelle 1 gegenüber einem Antriebsrad 3 ausgerüstet. Die hydraulisch zweiseitig beaufschlagbare Vorrichtung 2 umfaßt ein nockenwellenseitig angeordne­ tes, radiale Flügel 4 tragendes Flügelrad 5 und ein mit dem Antriebsrad 3 drehfest verbundenes, die Flügel 4 in umfänglich verteilt angeordneten Zellen 6 aufnehmendes Zellenrad 7. Das Flügelrad 5 weist ferner eine die Flügel 4 tragende Nabe 8 auf, über die das Flügelrad 5 mit der Nockenwelle 1 drehfest verbunden ist. Wie ferner aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht, ist das jeweilige Zellenrad 7 auf der Nabe 8 des Flügelrades 5 zentriert und drehwinkelbeweglich gelagert.

Eine Drehwinkelverstellung der Nockenwelle 1 relativ zum Antriebsrad 3 erfolgt über die Vorrichtung 2, indem Drucköl aus einem Schmierölkreislauf der Brennkraftma­ schine über ein Lager 9 der Nockenwelle 1 und einer in der Flügelrad-Nabe 8 angeordneten Hydraulik-Steuerein­ richtung 10 in von den Flügeln 4 in den Zellen 6 gebil­ deten Kammern 11 oder 12 geleitet wird. Um bei fehlendem Drucköl, insbesondere in der Startphase der Brennkraft­ maschine eine Relativdrehung zwischen Flügelrad 4 bzw. Nockenwelle 1 und dem Zellenrad 7 bzw. dem Antriebsrad 3 zu vermeiden, ist die Vorrichtung 2 mit einer Sperrein­ richtung 13 zur Verriegelung des Flügelrades 5 in der Ausgangsstellung "A" mit dem Zellenrad 7 ausgerüstet.

Die Sperreinrichtung 13 umfaßt eine im Zellenrad 7 koaxial und über ein Sperrprofil 14 drehfest angeordne­ te, verschiebebewegliche Sperrhülse 15, die in Ausgangs­ stellung "A" des Flügelrades 5 in eine mit dem Sperr­ profil 14 fluchtende Sperrnut 16 des Flügelrades 5 einrastet. Das Einrasten der Sperrhülse 15 zur gegen­ seitigen Dreh-Verriegelung von Flügelrad 5 und Zellen­ rad 7 wird mittels einer vorgespannt angeordneten Feder 17 bewirkt. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß ein in der Flügelrad-Nabe 8 koaxial angeordneter Steuer­ schieber 18 der Hydraulik-Steuereinrichtung 10 in einer das Füllen mit Drucköl der Kammern 11 für eine Drehwin­ kelverstellung in Drehrichtung gemäß Pfeil "B" unter­ bindenden Endposition angeordnet ist. Diese Positionie­ rung des Steuerschiebers 18 wird bei einem lediglich in einer Richtung wirkenden Hubmagneten 19 als Stellmo­ tor 20 mittels einer weiteren, vorgespannt angeordneten Feder 21 bewirkt.

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, sind Sperrhülse 15 und Steuerschieber 18 zueinander koaxial angeordnet. Der Steuerschieber 18 ist mit einem Bund 22 ausgebildet, gegen den die Sperrhülse 15 beim Verriegeln von Flügel­ rad 5 und Zellenrad 7 anschlägt.

Hat sich nach dem Start der Brennkraftmaschine in deren Schmierölkreislauf ein ausreichender Druck aufgebaut, erfolgt lastpunktabhängig eine Entriegelung von Flügel­ rad 5 und Zellenrad 7 zur Einleitung einer gewünschten Drehwinkelverstellung der Nockenwelle 1 gegenüber dem Antriebsrad 3. Hierfür wird der Steuerschieber 18 über den Stellmotor 20 in die entgegengesetzte Endposition verlagert, wobei mit dieser Verlagerung die Sperrhül­ se 15 mittels des Bundes 22 aus der Sperrstellung in das Zellenrad 7 mitgenommen ist.

Das Sperrprofil 14 der Sperrhülse 15 ist vorzugsweise eine Geradverzahnung mit einer Zahnteilung, die eine Zahn-Gegen-Zahn-Anordnung außerhalb der Sperrstellung bewirkt.

Schließlich umfaßt der als Stellmotor 20 für den Steuer­ schieber 18 vorgesehene Hubmagnet 19 eine gehäusefest angeordnete Ringspule 23, in die ein mit dem Steuer­ schieber 18 mitdrehender Tauchkolben 24 bei Anliegen einer signalgesteuerten Spannung eintaucht.

Die Vorrichtung der Fig. 3 und 4 weist gegenüber der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 eine ungesteuerte Ent­ leerung der Kammern 12 auf.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Welle relativ zu einem Antriebsrad, insbeson­ dere Nockenwelle für Brennkraftmaschinen,

• - bei der ein vorzugsweise wellenseitig angeordnetes, radiale Flügel (4) tragendes Flügelrad (5) und ein antriebsradseitiges, die Flügel (4) in umfänglich verteilt angeordneten Zellen (6) aufnehmendes Zellenrad (7) relativ zueinander druckgesteuert drehwinkelverstellbar angeordnet sind, und
• - das Flügelrad (5) bei Betriebsbeginn eine Ausgangs­ stellung (A) einnimmt,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Sperreinrichtung (13) zur Verriegelung des Flügelrades (5) in der Ausgangsstellung (A) mit dem Zellenrad (7) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Sperreinrichtung (13) eine im Zellenrad (7) oder Flügelrad (5) koaxial und über ein Sperrpro­ fil (14) drehfest angeordnete, verschiebebewegliche Sperrhülse (15) sowie
• - im jeweiligen Gegenrad (Flügelrad 5, Zellenrad 7) angeordnete, in Ausgangsstellung (A) des Flügelra­ des (5) mit dem Sperrprofil fluchtende Sperrnu­ ten (16) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrhülse (15) in einem auf einer Nabe (8) des Flügelrades (5) zentrierten und drehwinkelbeweglich angeordneten Zellenrad (7) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Sperrhülse (15) im Zellenrad (7) in Rich­ tung Sperrstellung mit dem Flügelrad (5) von einer vorgespannt angeordneten Feder (17) beaufschlagt ist, und
• - aus der Sperrstellung über einen in der Flügelrad- Nabe (8) verschiebebeweglich angeordneten Steuer­ schieber (18) einer Hydraulik-Steuereinrich­ tung (10) in das Zellenrad (7) verlagerbar ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Sperrprofil (14) der Sperrhülse (15) eine Geradverzahnung vorgesehen ist mit einer Zahntei­ lung, die
• - eine Zahn-Gegen-Zahn-Anordnung außerhalb der Sperrstellung bewirkt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Sperrhülse (15) in Sperrstellung gegen einen Bund (22) des in eine Endposition verlagerten Steuerschiebers (18) anschlägt und
• - daß der Bund (22) ferner bei Verlagerung des Steuerschiebers (18) in die entgegengesetzte Endposition als Mitnehmer der Sperrhülse (15) dient.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß Steuerschieber (18) und Sperrhülse (15) in Sperrichtung gleichgerichtet federbeaufschlagt (Federn 17, 21) sind, und
• - in Entriegelungsrichtung von einem als Hubmagne­ ten (19) gestalteten Stellmotor (20) betätigt sind, wobei
• - der Hubmagnet eine gehäusefest angeordnete Ring­ spule (23) mit einem darin drehbar angeordneten, mit dem Steuerschieber (18) verbundenen Anker bzw. Tauchkolben (24) umfaßt.