DE4136286A1 - Hydraulischer antrieb fuer die bewegungssteuerung eines stellgliedes, insbesondere fuer eine inkremental variable nockenwellenverstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für die Bewegungssteuerung eines Stellgliedes, insbesondere zur Betätigung einer Vorrichtung zur vorzugsweise in­ kremental variablen Verstellung des Relativ-Verdrehwin­ kels zwischen einer Nockenwelle einer Brennkraftma­ schine und einem Antriebsrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen zur vorzugsweise inkremental variablen Nockenwellenverstellung sind bei modernen Verbren­ nungsmotoren dann gewünscht, wenn es darauf ankommt, eine hohe spezifische Leistung zu erzielen und vorzugs­ weise im unteren Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment bereitzustellen. Mit einer vorzugsweise inkremental va­ riablen Nockenwellenverstellung wird es möglich, diesen sich teilweise widersprechenden Forderungen durch va­ riable Ventilsteuerzeiten gerecht zu werden. Insbeson­ dere bei 4-Ventil-Motoren mit getrennten Ein- und Aus­ laß-Nockenwellen kann dann die Einlaß-Nockenwelle ge­ genüber der Auslaß-Nockenwelle last- und drehzahlabhän­ gig verdreht werden, wodurch sich eine Variation für die Überschneidung der Ventilöffnungszeiten ergibt. Letztlich führt diese Technik zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und zu einer Verbesserung der Ab­ gaswerte.

Aus der DE-OS 39 29 624 ist eine Vorrichtung zur rela­ tiven Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einem Antriebsrad bekannt geworden. Dabei ist zwischen das Antriebsrad und die Nockenwelle ein Koppelglied ge­ schaltet, das einerseits über eine Geradverzahnung mit der Nockenwelle und andererseits über eine Schräg- oder Schraubverzahnung mit einem Nabenteil des Antriebsrades in Eingriff steht und mittels eines Stellgliedes in Form einer Hydraulikkolben-Zylinderanordnung in axialer Richtung stufenlos verstellbar ist, wodurch sich be­ dingt durch die Schrägverzahnung auch eine inkremental variable Verstellung des Relativ-Verdrehwinkels zwi­ schen Nockenwelle und Antriebsrad ergibt. Die Beauf­ schlagung der Steuerkammern der Hydraulikkolben-Zylin­ deranordnung erfolgt über ein elektromagnetisch betä­ tigtes Mehrwegeventil in Abhängigkeit von den Signalen eines Motorbetriebs-Überwachungssystems.

Um kurze Schaltzeiten und eine hohe Dynamik bereitzu­ stellen, wird in diesem bekannten Fall der Weg einge­ schlagen, einen verhältnismäßig hohen Systemdruck stän­ dig über das Ventil zu den einzelnen Steuerkammern zu führen und lediglich durch Umsteuerung des Ventilkör­ pers die Lage des Stellgliedes und damit des Koppel­ gliedes zu verändern. Diese Bauart hat erhebliche Ver­ lustleistungen im stationären Betrieb.

Im technischen Blatt "Ate Hydraulik Anwendungen : Va­ riable Nockenwellenverstellung" ist auch schon eine ähnliche Ausführungsform für einen hydraulischen An­ trieb zur inkremental variablen Nockenwellenverstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorge­ stellt, bei der das Stellglied ebenfalls von einem dop­ pelt wirkenden Stellzylinder gebildet ist. Der Stell­ kolben ist wiederum hydraulisch eingespannt, wobei er auf der Stangenseite ständig mit Pumpendruck beauf­ schlagt ist und auf der Kolbenseite mittels eines Pro­ portionalventils gesteuert ist.

Mit diesem Vorschlag ergibt sich der Vorteil, daß bei Ausfall des Proportionalventils, d. h. bei elektrisch nicht betätigtem Ventil eine stabile und definierte so­ genannte "Fail-Safe"-Stellung erreichbar ist. Aller­ dings ergibt sich auch bei diesem bekannten hydrauli­ schen Antrieb im Ruhestand eine verhältnismäßig große Verlustleistung, wobei das Proportionalventil nach wie vor verhältnismäßig raumgreifend ausgebildet sein muß, um die zum Schalten erforderlichen Magnetkräfte auf­ bringen zu können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1, insbesondere einen Antrieb zur inkre­ mental variablen Nockenwellenverstellung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der sich bei kompakter Bauweise und unter Sicherstellung einer hohen Dynamik durch eine verringerte Verlustleistung im Ruhezustand und eine hohe Sicherheit gegen Fehlfunktionen auszeich­ net.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird jeder Steuerkammer des Stellglie­ des eine gesonderte Verdränger-Pumpenanordnung zugeord­ net, wobei die entsprechenden Saugventile der einzelnen Verdränger-Pumpenanordnung mittels einer gegen eine vorzugsweise mechanische Rückstellung arbeitenden Stellmechanismus selektiv entweder einzeln oder gemein­ sam zwangsaufsteuerbar sind. Dabei erfolgt die Beauf­ schlagung der Steuerkammern über jeweils entsperrbare Rückschlagventile. Auf diese Weise können durch die se­ lektive einzelne oder gemeinsame Zwangsaufsteuerung der Saugventile drei Systemzustände mit einfachsten Mitteln realisiert werden. Über die Rückstellung des Stellme­ chanismus kann bei fehlenden Stellsignalen, wie z. B. bei Ausfall der Elektrik, die Zwangsaufsteuerung des Saugventils bzw. der Saugventilmimik der ersten Ver­ dränger-Pumpenanordnung automatisch erfolgen. Das an­ dere Saugventil bzw. die andere Saugventilgruppe kann dann ungehindert arbeiten, so daß eine Steuerkammer mit unter Druck stehendem Strömungsmittel versorgt wird. Bei gleichzeitigem Aufsteuern des der anderen Steuer­ kammer zugeordneten, entsperrbaren Rückschlagventils kann diese Steuerkammer entleert werden und das Stell­ glied wird zuverlässig in eine Fail-Safe-Stellung, die Vorzugsweise als Anschlagstellung ausgebildet ist, ver­ schoben. Wenn das Stellglied eine Sollposition erreicht hat, werden über den Stellmechanismus beide Saugventile aufgesteuert. Die Verdränger der Verdränger-Pumpenan­ ordnungen schieben in diesem Fall drucklos, so daß sich eine energetisch sehr effektive Ruheschaltung für das Stellglied ergibt. Aufgrund der Rückschlagventile bleibt das Stellglied in der Sollposition hydraulisch eingespannt. Der dritte Systemzustand ergibt sich dann, wenn dasjenige Saugventil aufgesteuert wird, das der anderen Steuerkammer zugeordnet ist. Das Stellglied kann mit guter Ansprech-Charakteristik zurückgefahren werden, bis die neue Sollage erreicht wird.

Erfindungsgemäß ergibt sich eine äußerst geringe Ver­ lustleistung im Ruhezustand, gleichzeitig jedoch ein gutes Ansprechen des hydraulischen Antriebs, da die Verdränger-Pumpenanordnungen ständig in Bewegung sind und nach dem Schließen des betreffenden Saugventils so­ fort ein Druckaufbau in der betreffenden Steuerleitung stattfinden kann. Da für die Zwangsaufsteuerung der Saugventile lediglich geringe Stellkräfte erforderlich sind, wird eine verhältnismäßig kompakte Bauweise mög­ lich, wobei die Anzahl der Bauteile für die Steuerung des hydraulischen Antriebs sehr klein gehalten werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der übrigen Unteransprüche.

Mit der Weiterbildung des Anspruchs 2 ergibt sich eine sehr einfache automatische Entsperrung der den betref­ fenden Steuerkammern zugeordneten Rückschlagventile. In der Mittelstellung des die Saugventile zwangsaufsteu­ ernden Stellmechanismus wird in keiner der beiden Lei­ tungen zu den Steuerkammern der Schwellwert erreicht, so daß die Rückschlagventile das Stellglied in der Sollposition sicher hydraulisch einspannen können.

Vorzugsweise wird der Stellmechanismus für die anzu­ steuernden Saugventile von einer elektromagnetisch ar­ beitenden bzw. angesteuerten Stößelanordnung gebildet. Dabei ist es grundsätzlich möglich, jedem Saugventil eine gesonderte elektromagnetisch arbeitende Stößelan­ ordnung zuzuweisen, wobei in diesem Fall für die Ver­ sorgung der Steuerkammern am Stellglied beliebig viele Verdränger vorgesehen sein können, so daß die Druckpul­ sationen möglichst klein gehalten werden können.

Eine besonders einfache und damit sehr kompakte Bau­ weise ergibt sich allerdings dann, wenn gemäß Pa­ tentanspruch 8 jeder Steuerkammer ein Saugventil zuge­ ordnet ist, wobei die selektiv getrennte und gleichzei­ tige Zwangsaufsteuerung der Saugventile über eine zen­ trale, elektromagnetisch arbeitende Stößelanordnung be­ wirkt wird. Damit ergibt sich darüber hinaus eine sehr hohe Sicherheit gegen Fehlfunktionen, da der mechani­ sche Stößel des Magnetankers dimensionsbedingt automa­ tisch sicherstellt, daß niemals beide Saugventile gleichzeitig arbeiten können. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Ausgestaltung die Kräfte am Magneten beson­ ders klein gehalten werden können, was der Kompaktheit der Bauweise weiter zugute kommt. Auch wird die Anzahl der Bauteile bei dieser Ausgestaltung weiter verrin­ gert, was sich im Ergebnis weiterhin positiv auf die Dynamik des hydraulischen Antriebs auswirkt.

Vorzugsweise wird die erste Stellung des zentralen elektromagnetisch betätigten Stößels durch eine Feder­ einrichtung stabilisiert, deren Kraft durch den Stell­ magneten zur Verwirklichung der weiteren Stellungen überwindbar ist. Auf diese Weise ist bei Ausfall der Elektrik sichergestellt, daß das Stellglied bzw. der Stellzylinder eine definierte Endlage einnimmt. Es ist damit eine sehr einfache und zuverlässige sogenannte Fail-Safe-Schaltung verwirklicht.

Eine Maximaldruckabsicherung für die Steuerkammern des Stellgliedes, beispielsweise in Form eines doppelt wir­ kenden Zylinders oder eines Differentialzylinders, wird auf besonders einfache Weise mit der Weiterbildung des Anspruchs 14 sichergestellt. Diese Weiterbildung hat den besonderen Vorteil, daß der schaltungstechnische Aufwand sehr klein gehalten werden kann.

Die Verdränger-Pumpenanordnung wird vorzugsweise von einer Radialkolbenpumpe gebildet. Diese Art von Pumpe läßt sich besonders raumsparend koaxial zur Nockenwelle im Gehäuse unterbringen.

Das erfindungsgemäße Konzept läßt eine Vielzahl von Möglichkeiten für die Ausgestaltungen der Kolbenpumpen­ anordnungen und der zugehörigen Saugventile zu. Die Er­ findung ist keineswegs darauf beschränkt, daß jeder Steuerkammer des Stellglieds lediglich ein Verdränger­ kolben zugeordnet wird. Es ist vielmehr auch möglich, mit einer ventilgesteuerten Mehrkolbenpumpe mit jeweils einer Kolbenreihe für eine Steuerkammer des Stellglie­ des zu arbeiten, wobei in diesem Fall der Stellmecha­ nismus die Saugventile der einen Kolbenreihe oder der anderen Kolbenreihe oder von beiden Kolbenreihen gleichzeitig offen hält bzw. zwangsweise aufsteuert.

Wenn die Saugseite der betreffenden Verdränger-Pumpen­ anordnungen vorgespannt ist, was vorzugsweise über einen Schmierölkreis bzw. über die Schmierölpumpe ge­ schieht, wird das Ansprechverhalten des hydraulischen Antriebs weiter verbessert, wobei sich der zusätzliche Vorteil ergibt, daß bei Anwesenheit der Schmierölpumpe auf Kolbenfedern an der Verdrängerpumpe verzichtet wer­ den kann, da der Systemdruck ständig den Kontakt zwi­ schen Kolben und Exzenterfläche aufrechterhält.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausfüh­ rungsform des hydraulischen Antriebs;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch das Ende eines Nockenwellengehäuses zur Aufnahme des hydraulischen Antriebs gemäß Fig. 1;

Fig. 3 den Teilschnitt III-III in Fig. 2; und

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Radial­ schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Verdränger-Pumpenanordnung für eine Variante des hydraulischen Antriebs.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 das Stellglied des hydraulischen Antriebs in Form eines doppelt wir­ kenden Zylinders in Ausgestaltung als Differentialzy­ linder bezeichnet. Der Differentialzylinder 10 hat einen zylinderseitigen Steuerraum 12 und einen kolben­ stangenseitigen Steuerraum 14. Eine aus dem Zylinder nach außen geführte Kolbenstange 16 dient zur Betäti­ gung und insbesondere zur inkremental variablen Ver­ stellung eines Antriebsteils, beispielsweise eines Kop­ pelteils im Mechanismus zur inkremental variablen Ver­ stellung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen einer Noc­ kenwelle einer Brennkraftmaschine und einem zugehörigen Antriebsrad. Auf eine solche Vorrichtung soll später unter Bezug auf die Fig. 2 näher eingegangen werden.

Um die Kolbenstange 16 mit gutem Ansprechverhalten, d. h. mit hoher Dynamik bei gleichzeitiger Sicherstel­ lung geringer Verlustleistungen im stationären Zustand, d. h. im Ruhezustand ansteuern zu können, ist der Diffe­ rentialzylinder 10 wie folgt angesteuert:
Für die Beaufschlagung der Steuerräume 12, 14 ist eine ventilgesteuerte Kolbenpumpe 18 vorgesehen, die von ei­ ner Radialkolbenpumpe mit einem Pumpenexzenter 20 und zwei Verdrängerkolben 22, 24 mit zugehörigen Verdrän­ gerkammern 26, 28 ausgebildet ist. Der Verdrängerkolben 22 ist dem Steuerraum 12 und der Verdrängerkolben 24 ist dem Steuerraum 14 zugeordnet.

Mit dem Bezugszeichen 30 ist ein Leitungsabschnitt be­ zeichnet, der von der Verdrängerkammer 26 zum zylinder­ seitigen Steuerraum 12 führt. Entsprechend ist mit 32 ein von der Verdrängerkammer 28 zum kolbenstangenseiti­ gen Steuerraum 14 führender Leitungsabschnitt bezeich­ net. In die Leitungsabschnitte 30, 32 ist jeweils ein entsperrbares, hier hydraulisch entsperrbares Rück­ schlagventil 34, 36 eingegliedert. Die zur Entsperrung der Rückschlagventile vorgesehenen Steuerleitungen sind mit 38 bzw. 40 bezeichnet.

Zur Maximaldruckabsicherung des hydraulischen Antriebs sind Leitungsabschnitte 42, 44 stromab der betreffenden hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 34, 36 über ein gemeinsames Wechselventil 46 an ein Druckbegren­ zungsventil 48 angeschlossen. Die Versorgung der Ver­ drängerkammern 26, 28 erfolgt über jeweilige Speiselei­ tungen 50, 52, in denen jeweils ein Saugventil 54, 56, das in der Prinzipskizze nach Fig. 1 als federvorge­ spannte Sitzventilplatte stilisiert ist. Mit 58 ist eine Pumpe, beispielsweise eine Schmierölpumpe, be­ zeichnet, mit der die Saugseite der ventilgesteuerten Kolbenpumpe 18 vorgespannt ist.

Die Bewegungssteuerung der Kolbenstange 16 erfolgt über eine besondere Ansteuerung der Saugventile 54, 56. Den Saugventilen 54, 56 ist ein Stellmechanismus 60 zu­ geordnet, der die Saugventilanordnung 54, 56 in drei verschiedene Funktionsstellungen bringen kann und nach­ folgend näher erläutert werden soll:
Der Stellmechnismus 60 ist bei der Ausführungsform ge­ mäß Fig. 1 von einer elektromagnetisch betätigbaren Stößelanordnung 62 gebildet. 64 bezeichnet den Magnet­ anker bzw. den Stößel und 66 den Elektromagneten. Der Magnetanker 64 ist zwischen den beiden Saugventilen 54, 56 angeordnet und hat eine ausreichende Länge, um - wie in Fig. 1 dargestellt - in einer bestimmten, magnet­ kraftgesteuerten Stellung beide Saugventile 54, 56 of­ fen zu halten, d. h. zwangsweise aufzusteuern. Mit 68 ist eine Rückstellfeder bezeichnet, die von der Kraft des Elektromagneten 66 überwindbar ist und die den Ma­ gnetanker 64 bei entregtem Elektromagneten, d. h. bei­ spielsweise bei Ausfall der Autoelektrik, gemäß Fig. 1 nach oben schiebt, so daß lediglich das Saugventil 56 geöffnet bleibt und das Saugventil 54 in Funktion tre­ ten kann. Andererseits kann der Magnetanker 64 über die Stellung gemäß Fig. 1 hinaus gegen die Kraft der Feder 68 noch weiter nach unten bewegt werden, so daß eine Stellung gegeben ist, in der das Saugventil 54 zwangs­ weise aufgesteuert ist, das Saugventil 56 jedoch mit der zugehörigen Sitzfläche zusammenwirken und dement­ sprechend in Funktion treten kann.

Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau des hydrauli­ schen Antriebs ergeben sich drei Systemzustände:
Wenn der Elektromagnet 66 nicht erregt ist bzw. wenn die Kolbenstange 16 ausgefahren werden soll, wird der Magnetanker 64 unter Einwirkung der Kraft der Feder 68 gemäß Fig. 1 so weit nach oben verschoben, daß das Saugventil 54 ungehindert arbeiten kann. Das Saugventil 56 wird vom Magnetanker 64 zwangsweise geöffnet. Der Verdrängerkolben 22 kann somit über das Saugventil 54 gespeist als Pumpe arbeiten und Strömungsmittel über das Rückschlagventil 34 in den zylinderseitigen Steuer­ raum 12 einspeisen. Der sich dabei im Leitungsabschnitt 30 aufbauende Druck wirkt über die Steuerleitung 40 auf das hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil 36 im an­ deren Leitungszweig 32, 44 und entsperrt das Rück­ schlagventil 36. Da das Saugventil 56 zwangsaufgesteu­ ert ist, schiebt der Verdrängerkolben 24 lediglich drucklos. Das im kolbenstangenseitigen Steuerraum 14 befindliche Strömungsmittel kann über den Leitungsab­ schnitt 44, den Leitungsabschnitt 32 und die Speiselei­ tung 52 verdrängt werden.

Dieser Betriebszustand verwirklicht eine sogenannte "Fail-Safe"-Schaltung für den Fall, daß die Elektrik ausfallen sollte. Die Kolbenstange 16 nimmt in diesem Fall zwangsweise eine definierte Endlage ein, wobei der Druck im zylinderseitigen Steuerraum 12 durch das Zu­ sammenwirken zwischen Wechselventil 46 und Druckbegren­ zungsventil 48 abgesichert ist.

Wenn die Kolbenstange 16 eine Sollposition erreicht hat, wird der Magnetanker 64 mittels des Elektromagne­ ten 66, bei dem es sich vorzugsweise um einen Propor­ tionalmagneten handelt, in die in Fig. 1 gezeigte Mit­ telstellung gebracht. ln diesem Systemzustand schieben beide Verdrängerkolben 22 und 24 drucklos. Folglich reicht auch der Druck in den Steuerleitungen 38, 40 nicht mehr aus, ein betreffendes Rückschlagventil 34, 36 zu entsperren. Der Stellzylinder ist in diesem Sy­ stemzustand des hydraulischen Antriebs somit durch die Rückschlagventile 34, 36 hydraulisch eingespannt. Es liegt aufgrund der drucklosen Schiebearbeit der Ver­ drängerkolben 22, 24 eine energetisch sehr effektive Ruheschaltung vor.

Wenn die Kolbenstange 16 eingefahren werden soll, wird der Proportionalmagnet 66 so beaufschlagt, daß der Ma­ gnetanker 64 weiter nach unten gemäß Fig. 1 verschoben wird, so daß nunmehr lediglich das Saugventil 54 zwangsweise aufgesteuert wird und das Saugventil 56 un­ gehindert arbeiten kann. Jetzt liegen umgekehrte Ver­ hältnisse vor wie in der Fail-Safe-Schaltung. Der Druckaufbau im Leitungsabschnitt 32 wirkt sich auch in der Steuerleitung 38 aus, so daß in diesem Betriebszu­ stand das Rückschlagventil 34 entsperrt wird und das Strömungsmittel aus dem zylinderseitigen Steuerraum 12 herausdrängbar ist.

In den Fig. 2 und 3 ist eine praktische Ausführungs­ form des hydraulischen Antriebs bei Verwendung zur in­ kremental variablen Verstellung des Relativ-Verdrehwin­ kels zwischen einer Nockenwelle einer Brennkraftma­ schine und einem Antriebsrad dargestellt. Der Mechanis­ mus zur Kraftübertragung zwischen Antriebsrad und Nockenwelle entspricht im wesentlichen herkömmlichen Kon­ zepten, wie sie beispielsweise in der DE 39 29 624 A1 beschrieben sind, so daß auf diesen Mechanismus nur kurz eingegangen werden soll.

Mit 70 ist die Nockenwelle bezeichnet, die endseitig einen Einsatz 72 mit einer geraden Außenverzahnung 74 aufnimmt. Mit 76 ist ein Ketten-Antriebsrad angedeutet, das gegenüber einem Flansch 78 zumindest in vorbestimm­ ten Grenzen relativ verdrehbar gelagert ist. Ein Naben­ abschnitt 80 hat auf der Innenseite eine Schrägverzah­ nung 82, die mit einer Gegenverzahnung eines hülsenför­ migen Koppelglieds 84 in Kämmeingriff steht. Innensei­ tig hat das Koppelglied 84 eine mit der Außenverzahnung 74 kämmende Geradverzahnung 86.

Das Koppelglied 84 ist antriebsmäßig mit der Kolben­ stange 16 so gekoppelt, daß die Kolbenstange 16 das Koppelglied 84 in axialer Richtung mitnehmen kann, daß jedoch eine Relativverdrehung zwischen Kolbenstange 16 und Koppelglied 84 stattfinden kann. Zu diesem Zweck sind Axiallager 88 vorgesehen.

Diejenigen Bauteile, die den Funktionselementen der Prinzipskizze gemäß Fig. 1 entsprechen, sind in den Fig. 2 und 3 mit identischen Bezugszeichen gekenn­ zeichnet. Man erkennt aus den Darstellungen, daß der hydraulische Antrieb in einem an das Motorgehäuse ange­ flanschten Gehäuse 90 untergebracht ist. An das Gehäuse 90 wiederum angeflanscht ist ein weiterer Gehäusemodul 92 für den Stellmechanismus zur Steuerung der Saugven­ tile.

Der Exzenter 20 ist vom der Kolbenstange 16 zugewandten Endabschnitt der Nabe 80 gebildet, so daß die ventilge­ steuerte Kolbenpumpe koaxial zur Nockenwelle 70 ange­ ordnet ist. Die Verdrängerkolben 22, 24 sind radial ausgerichtet und stehen im Winkel von etwa 60° zueinan­ der. Die einzelnen Leitungsabschnitte 30, 32, 42, 44, 50, 52 sind als Bohrungen ausgebildet, wie auch die Versorgungsleitung 94 von der Schmierölpumpe 58.

Die einzelnen Ventile, d. h. das Wechselventil 46 ebenso wie die entsperrbaren Rückschlagventile 34, 36 und auch das Druckbegrenzungsventil 48, sind als Ventileinsätze in entsprechend ausgebildeten Gehäusebohrungen ausge­ bildet, wobei für diesen Zweck einfache Bauteile ver­ wendet werden können. Die entsperrbaren Rückschlagven­ tile weisen neben einer Sitzkugel 96 einen Stellkolben 98 auf, der über einen Steuerraum 100 mit einer Zulauf­ leitung 38 bzw. 40 angesteuert werden kann, um den Ven­ tilkörper 96 vom Sitz abzuheben, wenn der Druck in der betreffenden Steuerleitung 38 bzw. 40 einen Schwellwert erreicht hat.

Fig. 2 zeigt den hydraulischen Antrieb in der soge­ nannten Fail-Safe-Stellung, d. h. für den Fall, daß der Elektromagnet 66 nicht erregt ist. Wie aus Fig. 3 er­ sichtlich, nimmt der Magnetanker 64 unter Einwirkung der Feder 68 eine Stellung ein, in der ausschließlich das Saugventil 56 zwangsaufgesteuert ist. Lediglich der Verdrängerkolben 22 arbeitet als Pumpe, so daß der zy­ linderseitige Steuerraum 12 gefüllt und der kolbenstan­ genseitige Steuerraum 14 bei hydraulisch entsperrtem Rückschlagventil 36 entleert wird.

Selbstverständlich sind Abweichungen vom zuvor be­ schriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise auch möglich, jedem Saugventil einen se­ paraten Magneten mit Stößel zuzuordnen. Bei Einzelma­ gneten ist es dann auch möglich, den entsprechenden Zy­ linderseiten beliebig viele Verdränger zuzuweisen, da­ mit Druckpulsationen möglichst klein gehalten werden können.

Eine weitere Möglichkeit der Abwandlung besteht darin, jedem Steuerraum des Stellgliedes eine Mehrkolbenpumpe zuzuordnen, d. h. eine ventilgesteuerte Mehrkolbenpumpe mit zwei Kolbenreihen zu verwenden, wobei dann der Stellmechanismus zur Steuerung des hydraulischen An­ triebs, d. h. zur selektiven einzelnen oder gemeinsamen Zwangsaufsteuerung der Saugventile, so ausgebildet sein muß, daß alle Saugventile der jeweiligen Kolbenreihen entweder abwechselnd aufgesteuert oder aber gleichzei­ tig aufgesteuert werden. Ein solcher Mechanismus soll nachstehend unter Bezug auf die Fig. 4 näher erläutert werden:
Fig. 4 zeigt einen Radialschnitt durch eine Kolben­ reihe einer Mehrkolbenpumpe. Der Exzenter ist mit 120 bezeichnet, die identisch ausgebildeten Verdrängerkol­ ben mit 122. Jedem Verdrängerkolben 122 ist ein Saug­ ventil 154 zugeordnet. Der Stellmechanismus zur zwangs­ weisen und gleichzeitigen Aufsteuerung der Saugventile 154 weist eine Kolben-Zylinderanordnung 123 auf, wobei eine Feder 125 den Stellkolben 127 vom betreffenden Ventilplattenkörper wegdrückt. Mit 129 ist ein Steuer­ raum bezeichnet, der über eine Ringleitung 131 ansteu­ erbar ist. Die Ringleitung 131 ist mittels eines 3/2- Wegeventils 133 entweder mit Strömungsmittel unter Druck beaufschlagbar oder zum Tank entlastbar.

Wenn das Ventil 133 in die Schaltstellung A verschoben wird, werden sämtliche Saugventile 154 aufgesteuert, so daß die Kolbenreihe insgesamt drucklos schiebt. In der in Fig. 4 gezeigten Schaltstellung B des Ventils 133 arbeitet die Kolbenreihe ungehindert mit einem geringen Pulsationsgrad, wobei die Strömungsmitteleinspeisung radial von außen über einen Saugkanal 135 und einen ra­ dial inneren Ringkanal 137 erfolgt. Entsprechendes gilt für die nicht dargestellte weitere Kolbenreihe, die der anderen Steuerkammer zugeordnet ist.

Die Erfindung schafft somit einen hydraulischen Antrieb für die Bewegungssteuerung eines Stellglieds, insbeson­ dere zur Betätigung einer Vorrichtung zur Verstellung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine und einem Antriebsrad. Es ist eine Pumpen- und Ventilanordnung vorgesehen, über die die Steuerkammern des Stellgliedes in Abhängigkeit von Stellsignalen beaufschlagbar sind. Um mit möglichst kleinen Stellkräften und unter Sicherstellung einer ho­ hen Dynamik das Stellglied stufenlos den jeweiligen An­ forderungen entsprechend verstellen zu können, ist ein ventilgesteuertes Kolbenpumpensystem mit für jede Steu­ erkammer gesonderter Verdränger-Pumpenanordnung vorge­ sehen. Die entsprechenden Saugventile der jeweiligen Verdränger-Pumpenanordnungen sind unter Zuhilfenahme eines gegen eine Rückstellung arbeitenden Stellmecha­ nismus selektiv einzeln oder gemeinsam zwangsweise auf­ steuerbar. Die Beaufschlagung der Steuerkammern erfolgt über jeweils entsperrbare Rückschlagventile, so daß dann, wenn der Stellmechanismus sämtliche Saugventile aufsteuert, eine sehr geringe Verlustleistung und eine sichere hydraulische Einspannung des Stellglieds si­ chergestellt sind.

Claims (17)

1. Hydraulischer Antrieb für die Bewegungssteuerung eines 8tellglieds, insbesondere zur Betätigung einer Vorrichtung zur Verstellung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine und einem Antriebsrad, mit einer Pumpen- und Ventilanord­ nung, über die Steuerkammern des Stellglieds in Abhän­ gigkeit von Stellsignalen beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein ventilgesteuertes Kolbenpumpen­ system (22 bis 28, 60, 54, 56; 122 bis 133, 154) mit für jede Steuerkammer (12, 14) gesonderter Verdränger- Pumpenanordnung (22, 26 und 24, 28) vorgesehen ist, bei dem die entsprechenden Saugventile (54, 56; 154, 156) der jeweiligen Verdränger-Pumpenanordnungen (22, 26; 24, 28) mittels eines gegen eine Rückstellung arbeiten­ den Stellmechanismus (60; 123 bis 133) selektiv einzeln oder gemeinsam zwangsaufsteuerbar sind, wobei die Be­ aufschlagung der Steuerkammern (12, 14) über jeweils entsperrbare Rückschlagventile (34, 36) erfolgt.

2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einer Steuerkammer (12, 14) zugeordnete Rückschlagventil (34, 36) vom Systemdruck in der Versorgungsleitung der anderen Steuerkammer (14, 12) entsperrbar ist, sobald dieser Systemdruck einen Schwellwert überschreitet.

3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die der betreffenden Steuer­ kammer (12, 14) zugeordnete Verdränger-Pumpenanordnung (22, 26; 24, 28; 122) mindestens einen Verdränger (22; 24; 122) aufweist.

4. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenpumpensy­ stem zumindest eine Radialkolbenpumpe mit zumindest zwei Verdrängerkolben (22; 24; 122) aufweist.

5. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmechanismus (60; 123 bis 133) eine den anzusteuernden Saugventilen (54, 56; 154) zugeordnete vorzugsweise elektromagne­ tisch oder hydraulisch arbeitende Stößelanordnung (62; 127) aufweist.

6. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerkammer (112, 114) eine ventilgesteuerte Mehrkolbenpumpe zugeordnet ist, deren betreffende Saugventile (154) durch den Stellmechanis­ mus aktivierbar und deaktivierbar sind.

7. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Saugventil ein gesonderter elektromagnetisch betätigbarer Stößel zugeordnet ist.

8. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5 für die Be­ wegungssteuerung eines Stellgliedes mit zwei Steuerkam­ mern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerkammer (12, 14) ein Saugventil (54, 56) zugeordnet ist, und daß die selektiv getrennte und gleichzeitge Zwangsauf­ steuerung der Saugventile über eine zentrale elektroma­ gnetisch arbeitende Stößelanordnung (62) bewirkt wird.

9. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetisch arbeitende Stößelanordnung in einer ersten Stellung bei entregtem Stellmagneten (66) ein erstes Saugventil (56) offen hält, in einer Mittelstellung beide Saugventile (54, 56) zwangsaufsteuert und in einer dritten Stellung bei voll erregtem Stellmagneten (66) lediglich das zweite Saugventil (54) offen hält, wobei über den Druck in je­ weils demjenigen Leitungszweig (32, 30) mit nicht auf­ gesteuertem Saugventil (54, 56) das Rückschlagventil (34, 36) im anderen Leitungszweig (30, 32) entsperrt wird.

10. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stellung des Stößels (64) durch eine Federeinrichtung (68) stabilisiert ist, de­ ren Kraft durch den Stellmagneten (66) zur Verwirkli­ chung der weiteren Stellungen überwindbar ist.

11. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventile (54, 56) auf verschiedenen Seiten des Stellmagneten (66) ange­ ordnet sind.

12. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (10) von einem Differentialzylinder gebildet ist, wobei die Arbeitskammer (14) mit dem kleineren Querschnitt von derjenigen Verdränger-Pumpenanordnung (24, 28) ange­ steuert ist, deren Saugventil (56) bei nicht aktivier­ tem Stellmechanismus zwangsaufgesteuert ist.

13. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerkam­ mern (12, 14) eine Maximaldruckabsicherung (46, 48) vorgesehen ist.

14. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Steuerkammern (12, 14) ein gemeinsames Druckbegrenzungsventil (48) vorgesehen ist, das über ein Wechselventil (46) an diejenige Steu­ erkammer (12, 14) mit dem relativ höheren Druck an­ schließbar ist.

15. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdränger-Pum­ penanordnung von einer Radialkolbenpumpe (20, 22; 120, 122) gebildet ist.

16. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkolbenpumpe koaxial zum Stellglied (10) angeordnet ist.

17. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseite der betreffenden Verdränger-Pumpenanordnungen (22, 26; 24, 28) vorgespannt ist, vorzugsweise über einen Schmieröl­ kreis (Pumpe 58).