DE4041785A1 - Nockenwellensteller - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellensteller, wel­ cher zugleich zum Spannen einer von einer Nockenwelle angetriebenen, eine zweite, parallellaufende Nockenwelle antreibenden Kette ausgebildet und zwischen den beiden Trums der Kette angeordnet ist und zwei von innen her gegen die Kette drückende Spannschuhe hat, von denen einer fest mit einem durch hydraulische Beaufschlagung eines Druckraumes quer zur Kette verschieblichen Kolben verbunden ist.

Ein solcher Nockenwellensteller ist Gegenstand der DE-C 34 21 028. Diese Schrift zeigt zwei unterschiedlich ge­ staltete Nockenwellensteller, welche beide zwischen den beiden Trums der Kette angeordnet sind. Bei dem einen Nockenwellensteller ist ein Spannschuh gehäusefest ange­ ordnet. Der gegenüberliegende Spannschuh läßt sich mit­ tels eines Kolbens durch Druckbeaufschlagung eines Druck­ raumes aus einem Zylinder mehr oder weniger herausfah­ ren, so daß er seinen Abstand vom feststehenden Spann­ schuh zu verändern vermag und dadurch die Kettenspannung verändert. Nachteilig hierbei ist, daß die Funktion der Verstellung der Steuerzeiten der Ventile nur durch Verän­ dern der Kettenspannung möglich wird. Deshalb arbeitet die Kette in Teilbereichen der Phasenlage der Nockenwel­ len mit zu geringer Kettenspannung.

Der Nachteil einer in Teilbereichen zu geringen Ketten­ spannung kann durch die zweite in der DE-C-34 21 028 gezeigten Ausführungsform eines Nockenwellenstellers ver­ mieden werden. Hierzu sind beide Spannschuhe mit einem einzigen Kolben verbunden, so daß sich beide Spannschuhe stets gleich weit in eine Richtung verschieben. Dadurch bleibt die Kettenspannung stets konstant, jedoch lassen sich durch Verkürzung des einen Trums und Verlängern des anderen Trums um denselben Betrag die Steuerzeiten der Ventile verändern. Da die Aufrechterhaltung einer kon­ stanten Kettenspannung jedoch für die Lebensdauer sol­ cher Kettentriebe und für ein geräuscharmes Arbeiten wichtig sind, muß man in der Praxis zusätzlich zu dem gezeigten Nockenwellensteller eine Spanneinrichtung vorsehen, was jedoch in der Schrift nicht gezeigt ist. Für eine solche Spanneinrichtung fehlt jedoch oftmals der Platz, insbesondere zwischen den Trums der Kette, wenn sich dort schon der Nockenwellensteller befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nocken­ wellensteller der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er mit geringstmöglichem Platzbedarf ständig für eine festgelegte Kettenspannung sorgt und zugleich die Funktion einer Veränderung der Steuerzeiten der Ventile optimal zu erfüllen vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Spannschuh mittels einer Feder gegen den den ersten Spannschuh tragenden Kolben abgestützt ist.

Durch diese Gestaltung ist der Nockenwellensteller in der Lage, stets eine durch die Feder festgelegte Spann­ kraft auf den Leertrum der Kette auszuüben, die auch bei nicht druckbeaufschlagtem Nockenwellensteller erhalten bleibt. Die Spannkraft verändert sich auch dann nicht, wenn durch Druckbeaufschlagung der eine Kolben mit sei­ nem Spannschuh ein Kettentrum nach außen drückt, weil in dem Maße, wie sich der Kolben verschiebt, auch die kol­ benseitige Abstützung der Feder verschoben wird, so daß der auf der Kolbenrückseite liegende Kettentrum flacher verlaufen kann, um für den gegenüberliegenden Kettentrum Kette zur Verfügung stellen zu können.

Eine ganz besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung besteht darin, daß in die Verbindung zwischen einer Druckmittelquelle und dem Druckraum ein zum Druckraum hin öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist. Ein sol­ cher Nockenwellensteller nutzt zum Verstellen der Nocken­ welle die Tatsache aus, daß das Nockenwellenmoment in etwa sinusförmig verläuft und einen positiven Mittelwert hat. Je nach Drehzahl kommt es zu Minima oder auch zu Nulldurchgängen des Momentes, bei denen die Kettenkraft im Lasttrum Null ist. Dank des erfindungsgemäßen Rück­ schlagventils kann zum Verstellen des Lasttrums immer dann Öl in den Druckraum des Nockenwellenstellers nachge­ fördert werden, wenn es zu einem Nulldurchgang kommt. Nimmt die Kettenkraft einen hohen Wert an, dann schließt das Rückschlagventil und es kommt zu einer hydraulischen Abstützung. Dank der Erfindung ist deshalb ein Verstel­ len des Lasttrums mit einem kleinen Kolbendurchmesser und geringen hydraulischen Drücken möglich. Durch einen geringen Kolbendurchmesser kann man wiederum erreichen, daß der Nockenwellensteller insgesamt klein baut, was für die Anordnung zwischen den Trums der Kette vorteil­ haft ist.

Konstruktiv besonders einfach ist der Nockenwellenstel­ ler ausgebildet, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Kolben als in einem ortsfesten Gehäuse verschieblich angeordneter Hohlkolben ausgebildet ist, auf dessen geschlossenem Ende der erste Spannschuh sitzt und in den dichtend hinein axial verschieblich ein den anderen Spannschuh tragender Stößel geführt ist und wenn der Druckraum zwischen dem Gehäuse, der Ringfläche des Kolbens und dem Stößel vorgesehen ist.

Schwingungen im System können wirkungsvoll gedämpft wer­ den, wenn der Raum innerhalb des Kolbens einen hydrauli­ schen Dämpfraum bildet, welcher über ein zum Dämpfraum hin öffnendes Rückschlagventil unabhängig vom Druckraum mit Druckmittel befüllbar ausgebildet ist.

Die Dämpfeinrichtung ist besonders einfach gestaltet, wenn der Stößel ebenfalls als Hohlkolben ausgebildet ist und in seiner den zweiten Spannschuh tragenden Stirnflä­ che eine einen Ölaustritt aus dem Dämpfraum ermöglichende Drosselbohrung vorgesehen ist.

Zur weiteren Verbesserung der Funktion der Dämpfeinrich­ tung trägt es bei, wenn in der den ersten Spannschuh tra­ genden Stirnfläche des als Hohlkolben ausgebildeten Kol­ bens ebenfalls eine einen Ölaustritt aus dem Dämpfraum ermöglichende Drosselbohrung vorgesehen ist.

Die Steuerung der Druckbeaufschlagung des Nockenwellen­ stellers kann auf sehr einfache Weise erfolgen, indem hierzu der Druckmittelbeaufschlagung des Druckraumes ein elektromagnetisches 3/2-Wegeventil vorgesehen ist, über welches im nicht bestromten Zustand der Druckraum mit ei­ nem drucklosen Rücklauf und im bestromten Zustand der Druckraum mit einer Druckmittelquelle verbunden ist. Als Druckmittelquelle bietet sich das üblicherweise im PKW- Motor vorhandene Öldrucksystem an.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Kettentrieb mit einem im Schnitt dar­ gestellten, erfindungsgemäß gestalteten Nok­ kenwellensteller im nicht druckbeaufschlag­ ten Zustand,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 im druckbeauf­ schlagten Zustand.

In Fig. 1 ist strichpunktiert ein auf einer nicht ge­ zeigten Auslaßnockenwelle angeordnetes Kettenrad 1 dar­ gestellt, welches auf nicht gezeigte Weise von der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ange­ trieben wird. Parallel zu diesem Kettenrad 1 ist ein ebenfalls strichpunktiert dargestelltes, auf der Einlaß­ nockenwelle angeordnetes Kettenrad 2 angeordnet, welches mittels einer als Rollenkette ausgebildeten Kette 3 im Uhrzeigersinn umlaufend angetrieben wird. Der in der Zeichnung gesehen untere Bereich der Kette 3 bildet so­ mit ein Lasttrum 4, während der obere Bereich ein Leer­ trum 5 darstellt.

Zwischen Lasttrum 4 und Leertrum 5 der Kette 3 befindet sich ein erfindungsgemäßer Nockenwellensteller 6. Dieser hat ein feststehendes, am nicht gezeigten Zylinderkopf befestigtes zylindrisches Gehäuse 7, in welchem ein als Hohlkolben ausgebildeter Kolben 8 axial verschieblich an­ geordnet ist, der auf der in der Zeichnung gesehen unte­ ren, geschlossenen Kolbenseite einen von innen her gegen den Lasttrum 4 anliegenden Spannschuh 9 hat. Zum Ver­ schieben des Kolbens 8 ist im Gehäuse 7 oberhalb seiner dem Spannschuh 9 abgewandten Ringfläche ein Druckraum 10 vorgesehen, der über einen Druckmittelanschluß 11 mit Druckmittel versorgt wird.

In den als Hohlkolben ausgebildeten Kolben 8 axial ver­ schieblich hineingeführt ist ein Stößel 12, der eben­ falls als Hohlkolben ausgebildet ist und auf seinem aus dem Kolben 8 ragenden Ende einen Spannschuh 13 trägt, der von innen her gegen den Leertrum 5 anliegt. Beide Spannschuhe 9, 13 bestehen aus verschleißfestem und tem­ peraturbeständigem Kunststoff. Die als Rollenkette aus­ gebildete Kette 3 läuft mit ihren Rollen über den Kunst­ stoff, so daß keine Gleitreibung auftritt. Das System ist über extern angebrachte Schienen, die die Spann­ schuhe 9, 13 führen, gegen Verdrehen gesichert.

Im Inneren des Kolbens 8 ist eine Feder 14 angeordnet, welche sich mit einem Ende gegen den Kolben 8 und mit ihrem anderen Ende gegen den Stößel 12 abstützt. Auf diese Weise übt der Spannschuh 13 eine Spannkraft auf den Leertrum 5 aus. Der andere Spannschuh 9 wird im in Fig. 1 dargestellten, nicht druckbeaufschlagten Zustand des Nockenwellenstellers 6 mit dem Kolben 8 so weit in das Gehäuse 7 hineingeschoben, bis ein am Kolben 8 ange­ brachter, nach außen gerichteter, flanschartiger Ring 15 von unten her gegen die untere Stirnfläche des Gehäuses 7 gelangt.

Der Innenraum des Kolbens 8 ist als Dämpfraum 16 ausge­ bildet, welcher über einen Druckmittelanschluß 17 im Gehäuse 7 und einer Zuströmbohrung 18 im Kolben 8 mit Druckmittel zu befüllen ist. Der Dämpfraum 16 hat über jeweils eine Drosselbohrung 19, 20 in jedem Spannschuh 9, 13 Verbindung nach außen. Das Befüllen des Dämpfrau­ mes 16 erfolgt über ein zum Dämpfraum 16 hin öffnendes Rückschlagventil 27.

Die Druckmittelbeaufschlagung des Druckraumes 10 wird von einem elektromagnetisch betätigbaren 3/2-Wegeventil 21 gesteuert. Die in Fig. 1 dargestellte, nicht bestrom­ te Stellung des 3/2-Wegeventils 21 bildet die Spätstel­ lung, Leistungs- und Leerlaufstellung sowie die Notlauf­ stellung. Hierbei hat ein Druckmittelanschluß 22 des Druckraumes 10 über das 3/2-Wegeventil 21 Verbindung mit einem drucklosen Rücklauf 23. Schaltet das 3/2-Wegeven­ til 21 um, dann wird diese Verbindung gesperrt und der Druckmittelanschluß 11 des Druckraumes 10 erhält über ein in Richtung dieses Druckraumes 10 öffnendes Rück­ schlagventil 24 Verbindung mit einer Druckmittelquelle 25, bei der es sich um die Ölpumpe des Motors handeln kann, so daß in einfacher Weise vom vorhandenen Öldruck­ systems des Motors Gebrauch gemacht werden kann. Die Druckbeaufschlagung des Druckraumes 10 hat zur Folge, daß sich der Kolben 8 in Fig. 1 gesehen nach unten ver­ schiebt, bis er mit einem Ring 15 gegen einen Anschlag 26 gelangt. Dieser Anschlag 26 kann verstellbar ausgebildet sein, um die Nockenwellenverstellung variabel zu gestal­ ten. Durch die Verschiebung des Kolbens 8 nach unten ver­ schiebt sich der Spannschuh 9 entsprechend und drückt das Lasttrum 4 nach unten, wodurch die Steuerzeit der Einlaß­ nockenwelle verstellt wird.

Die ausgefahrene Stellung des Kolbens 8 ist in Fig. 2 gezeigt. In ihr liegt der Kolben 8 mit seinem Ring 15 ge­ gen den Anschlag 26 an. Die Feder 14 ist dem Kolben 8 ge­ folgt, so daß der Stößel 12 sich entsprechend nach unten verschieben konnte und das Leertrum 5 deshalb vom Spann­ schuh 13 in dem Maße weniger nach oben gedrückt wird, wie der Spannschuh 9 das untere Trum 4 zusätzlich nach unten verschoben hat.

Claims (7)

1. Nockenwellensteller, welcher zugleich zum Spannen einer von einer Nockenwelle angetriebenen, eine zweite, parallellaufende Nockenwelle antreibenden Kette ausge­ bildet und zwischen den beiden Trums der Kette angeord­ net ist und zwei von innen her gegen die Kette drückende Spannschuhe hat, von denen einer fest mit einem durch hydraulische Beaufschlagung eines Druckraumes quer zur Kette verschieblichen Kolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannschuh (13) mittels einer Feder (14) gegen den den ersten Spannschuh (9) tragenden Kolben (8) abgestützt ist.

2. Nockenwellensteller nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Verbindung zwischen einer Druck­ mittelquelle und dem Druckraum (10) ein zum Druckraum (10) hin öffnendes Rückschlagventil (24) angeordnet ist.

3. Nockenwellensteller nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) als in einem ortsfesten Gehäuse (7) verschieblich angeordneter Hohl­ kolben ausgebildet ist, auf dessen geschlossenem Ende der erste Spannschuh (9) sitzt und in den dichtend hin­ ein axial verschieblich ein den anderen Spannschuh (13) tragender Stößel (12) geführt ist und daß der Druckraum (10) zwischen dem Gehäuse (7), der Ringfläche des Kol­ bens (8) und dem Stößel (12) vorgesehen ist.

4. Nockenwellensteller nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Raum innerhalb des Kolbens (8) einen hydraulischen Dämpfraum (16) bildet, welcher über ein zum Dämpfraum (16) hin öffnendes Rückschlagventil (27) unabhängig vom Druckraum (10) mit Druckmittel befüllbar ausgebildet ist.

5. Nockenwellensteller nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stößel (12) ebenfalls als Hohlkolben ausgebildet ist und in seiner den zweiten Spannschuh (13) tragenden Stirnfläche eine einen Ölaustritt aus dem Dämpfraum (16) ermöglichende Drosselbohrung (19) vorge­ sehen ist.

6. Nockenwellensteller nach zumindest einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der den ersten Spannschuh (9) tragenden Stirnfläche des als Hohlkolben ausgebildeten Kolbens (8) ebenfalls eine einen Ölaustritt aus dem Dämpfraum (16) ermöglichende Drosselbohrung (20) vorgesehen ist.

7. Nockenwellensteller nach zumindest einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Druckmittelbeaufschlagung des Druckraumes (10) ein elektromagnetisches 3/2-Wegeventil (21) vorge­ sehen ist, über welches im nicht bestromten Zustand der Druckraum (10) mit einem drucklosen Rücklauf (23) und im bestromten Zustand der Druckraum (10) mit einer Druck­ mittelquelle (25) verbunden ist.