DE4218081A1

DE4218081A1 - Verstellbarer, geteilter Kolben

Info

Publication number: DE4218081A1
Application number: DE19924218081
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl Golovatai-Schmidt; Steffen Hertrich
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 1993-12-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, versehen mit einem rotativen Antrieb zwischen zumindest zwei in Antriebsverbindung stehenden Wel len, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, zur gewollten Drehwinkelverschiebung zwischen einem antreibenden und einem anzutreibenden Bauteil eine Vorrichtung ein zusetzen, die einen rotativen Antrieb aufweist und mit einem axial verschiebbaren Bauteil versehen ist, wobei das axial verschiebbare Element mit einer Schrägverzahnung versehen ist, die abhängig von der Axialverschiebung eine Drehwinkeländerung bewirkt.

Aus der DE-PS 38 10 804 geht ein zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle eingesetzter sogenannter Phasenwandler hervor, mit dem die Möglichkeit besteht, die Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine während des Betriebes zu ändern. Der Aufbau sieht dazu ein öldruck abhängig axial verschiebbares Koppelglied vor, welches koaxial von dem die Nockenwelle antreibenden Rad umgeben ist. Das Koppelglied trägt zwei Verzahnungen, von denen eine schrägverzahnt ist, die mit je einer korrespondierenden Verzahnung auf der Nockenwelle bzw. mit dem die Nockenwelle antreibenden Rad zusammenwirken. Nachteilig erfordert diese bekannte Ausführung einen hohen Bauteilaufwand für das Ein- und Absteuern des Drucköles sowie ein großes Bauvolumen, insbesondere für das Koppelglied. Die in der Druckschrift vorgesehene Verzahnung für das Koppelglied erfordert weiter ein aufwendiges, kostenintensives retournierendes Fertigungsverfahren, das nur mit hohem mechanischem Aufwand darstellbar ist, aufgrund der erschwerten Zugänglichkeit.

Aus der DE-OS 41 02 753 geht der Aufbau einer weiteren Vorrichtung hervor, mit der die relative Drehlage von in Antriebsverbindung ste henden Wellen einstellbar ist. Zur Erreichung einer Phasenänderung dient eine sogenannte Zahnkörperanordnung, die zwei von einander getrennte Verzahnungselemente aufweist, die durch eine Feder und einen Verbindungsstift verbunden sind. Beide Verzahnungselemente sind über einen Eingriff mit benachbarten Bauteilen verbunden, wobei eine Axialverschiebung eine Phasenlagenänderung zwischen dem Antriebsglied und der Nockenwelle bewirkt. Nachteilig erfordert diese Lösung einen großen axialen Bauraum, da jede Hälfte der federverspannten Verzahnung das volle Drehmoment übertragen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstellkolben für eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine präzise Einstellung möglich ist, die einen geringen Herstellungsaufwand für den Kolben erfordert, die bauraumoptimiert einsetzbar und kostengünstig herstellbar ist.

Mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmalen ist die Vorrichtung mit einem hülsenförmig gestalteten Kolben versehen, der sich aus zwei Teilstücken - einem Trägerteil und einem Endstück - zusammensetzt. Vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit gegeben, daß dem Trägerteil bzw. dem Endstück jeweils ein Verzahnungsabschnitt zugeord net werden kann und dabei die Verzahnung vor einer Zusammenfügung beider Teilstücke fertig bearbeitet werden kann, zur Schaffung einer hohen Fertigungsgüte der jeweiligen Verzahnungsabschnitte.

Erfindungsgemäß ist die Verzahnung durch ein Fließ-Preßverfahren hergestellt, das vorteilhaft keinerlei Nachbehandlung bedarf und sich durch eine hohe Fertigungs- und Verzahnungsgüte auszeichnet. Das Herstellverfahren, das auch als Kaltfließ-Preßverfahren bezeichnet wird, bewirkt eine homogene Struktur der Verzahnung, die eine hohe Lebensdauer gewährleistet und daher ideal einsetzbar ist für Antriebs vorrichtungen, die Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind, wie z. B. der Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine. Zur Montageerleich terung sind weiter die Stirnseiten der Verzahnung vorteilhaft ange schrägt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung und zur Anpassung des Kolbens an die benachbarten Bauteile ist vorgesehen, daß am Trägerteil eine Innenverzahnung und am Endstück eine Außenverzahnung angeordnet sind, wodurch vorteilhaft eine gestreckte Bauweise des Kolbens möglich ist ohne eine nachteilige Beeinflussung des radialen Einbauraums. Vor teilhaft kann die Verzahnung auch umgekehrt angebracht sein, das heißt, die Innenverzahnung ist am Endstück und die Außenverzahnung ist am Trägerteil angeordnet.

Der Erfindungsgedanke sieht weiter vor, daß beide Verzahnungsabschnit te schräg verzahnt sind, wobei die Verzahnung, das heißt die Schrä gungsrichtung der Verzahnungspaare, voneinander abweichend ausgebildet sind, um so bei einer geringen Axialverschiebung des Kolbens einen möglichst großen Verstellbereich erreichen zu können.

Zur Erreichung einer wirksamen Abdichtung zwischen dem axial ver schiebbaren Kolben und dem zumindest axial positionierten Bauteil, das den Kolben koaxial umgibt oder vom Kolben koaxial umschlossen ist, sieht die Erfindung eine am Endstück oder am Trägerteil befindliche Dichtung vor. Diese axial am freien Ende des Endstücks oder des Trä gerteils axial versetzt zum Verzahnungspaar befindliche Dichtung folgt der Kolbenbewegung und verhindert Leckverluste. Die Dichtungsanordnung bewirkt weiter eine axial gestreckte Kolbenausbildung, die vorteilhaft den erforderlichen radialen Bauraum des Kolbens verringert und damit eine kompakte Kolbenbauweise sicherstellt.

Der erfindungsgemäße Aufbau sieht weiter vor, daß nach Fertigstellung beider Teilstücke diese unlösbar, das heißt geschweißt oder gelötet miteinander verbunden werden. Alternativ dazu bietet es sich an, die Teilstücke durch eine Schrumpfpassung miteinander zu verbinden oder zu verschrauben.

Der erfindungsgemäße Kolben ist weiter mit einer Kolbenplatte ver sehen, die radial auf dem Trägerteil in Form einer Kreisringscheibe angeordnet ist und dazu dient, zwei hydraulisch beaufschlagbare Druck kammern voneinander zu trennen.

In vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Kolben zwischen einem Gehäuse und einer Buchse axial verschiebbar ist, wobei die Kolbenplatte des Kolbens den radialen Abstand zwischen den hülsen förmig gestalteten Teilstücken des Kolbens und dem Gehäuse überbrückt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die an dem Trägerteil und dem Endstück befindlichen Verzahnungsabschnitte mit entsprechend zugeordneten Gegenverzahnungen auf benachbarten Bauteilen, das heißt einer mit dem Gehäuse verbundenen Nabe sowie einem mit der Buchse verbundenen Ring Verzahnungspaare bilden, die voneinander räumlich axial oder radial getrennt sind. Dadurch kann vorteilhaft eine weitestgehende Freiheit bei der Gestaltung der Druck kammern unabhängig von dem Kolben erfolgen. Weiter stellen sich vor teilhaft durch diesen konstruktiven Aufbau ähnliche Wirkdurchmesser für die einzelnen Verzahnungen ein.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Begrenzung des Kolbenstellweges durch Anschläge vorgesehen, die im Bereich des Außen umfangs der Kolbenplatte an der Innenseite des Gehäuses anliegend und den Kolbenweg axial in beiden Richtungen begrenzen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist darüber hinaus eine Druckfeder vorgesehen, welche zwischen dem im Bereich des End stückes befindlichen Anschlag und der Kolbenplatte eingesetzt ist. Durch eine konisch geformte Ausbildung der Druckfeder ist die Feder länge vorteilhaft streckbar, wodurch eine weiche Federkennlinie dar stellbar ist, in dem der gespreizte, in Richtung des von der Kolben platte entgegengesetzt zeigende Bereich der Druckfeder innenliegende Bauteile koaxial umschließt und damit nahezu die gesamte axiale Länge des Gehäuses ausnutzend eingesetzt ist. Zur definierten Einbaulage der Druckfeder ist diese durch einen gestuft ausgebildeten Anschlag oder Deckel geführt und liegt auf dem entgegengesetzten Ende im Nabenbe reich der Kolbenplatte an.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und der dazugehörenden Figurenbeschreibung.

Das Ausführungsbeispiel zeigt die Vorrichtung 1, die stirnseitig an der im Gehäuse 6 gelagerten Welle 2 befestigt ist. Dabei umfaßt die Vorrichtung 1 ein Gehäuse 12, das über die Nabe 16 drehbar auf der Buchse 13 angeordnet ist, die durch die Schraubverbindung 24 drehfest mit der Welle 2 gekoppelt ist. Das Gehäuse 12 weist weiter eine kreis ringförmige Ausnehmung 25 auf, in der im wesentlichen das Verstell element 4 und die Druckkammern 14, 15 eingebracht sind. Das Verstell element 4 wird gebildet aus dem Kolben 5, der koaxial beabstandet um die Buchse 13 bzw. die Nabe 16 des Gehäuses 12 angeordnet ist, und der sich zusammensetzt aus folgenden Einzelteilen: der Kolbenplatte 9 und den sich daran in Richtung des Gehäuses 6 anschließenden Trägerteil 7 und Endstück 8, die mittig zentriert zusammengefügt sind. Eine auf dem Endstück 8 aufgebrachte Außenschrägverzahnung in Form eines Verzah nungsabschnittes 11 bildet mit einer entsprechenden schräg verzahnten Innenverzahnung das Verzahnungspaar 22, wobei die Innenverzahnung an den das Endstück 8 koaxial umschließenden Ring 17 angebracht ist. Das Trägerteil 7 weist auf der Innenseite den Verzahnungsabschnitt 10 als Innenschrägverzahnung auf, die mit einer auf der Nabe 16 angeordneten Außenverzahnung das Verzahnungspaar 21 bildet. Das Endstück 8 weist stirnseitig auf der zum Zwischengehäuse 28 gerichteten Seite einen radial nach innen zur Buchse 13 zeigend einen umlaufenden Ansatz auf, der einen Dichtspalt 29 bildet. Zur effektiveren Abdichtung kann an den Absatz eine Dichtung angeordnet sein, die der Stellbewegung des Kolbens 5 folgt und Leckverluste verhindert.

Der axial verschiebbare Kolben 5, dessen Kolbenplatte 9 die Druckkam mern 14, 15 voneinander trennt, erfährt eine Wegbegrenzung durch die in der Ausnehmung 25 eingebrachten Anschläge 18, 19, die in den Endla gen des Kolbens 5 jeweils seitlich kreisringförmig am radial äußeren Umfang der Kolbenplatte 9 anliegen. Eine konisch geformte Druckfeder 20, eingesetzt zwischen dem Anschlag 19 und der Kolbenplatte 9 dient dazu, den Kolben 5 im drucklosen Zustand - siehe obige Darstellung in der Zeichnung - an den Anschlagring 18 zu verstellen.

In der Zeichnung ist das Verstellelement 4 in beiden Endlagen darge stellt. Zur Verschiebung des Kolbens 5 in die in der unteren Hälfte der Zeichnung dargestellte untere Kolbenstellung ist es erforderlich, ein Druckmittel in die Druckkammer 14 zu leiten, das über die An schlußleitung 26, eingebracht im Zwischengehäuse 28 über Umlaufnuten, Stichbohrungen und Ausnehmungen in die Druckkammer 14 gelangt und dabei die Kraft der Druckfeder 20 überwindend das Verstellelement 4, bis zur Anlage der Kolbenplatte 9 an den Anschlagring 19 verschiebt. Eine Beaufschlagung der Druckkammer 15 zur Erreichung einer Kolbenla ge, die der oberen Abbildung der Zeichnung entspricht, wird ein Druck mittel über den Leitungsanschluß 27 in die Vorrichtung 1 eingeleitet, das ebenfalls über eine Umlaufnut Ausnehmungen und Stichbohrungen in die Druckkammer 15 geleitet wird. Dabei wird das Druckmittel durch das Verzahnungspaar 22 geleitet, bei dem zum besseren Durchfluß einzelne Zähne ausgelassen sind. Auf dem radialen Außenumfang des Gehäuses 12 ist drehfest das Ritzel 23 angeordnet.

Wirkungsweise des Verstellelementes

Eine Beaufschlagung der Druckkammer 14 bewirkt, daß sich das Verstell element 4, das heißt der Kolben 5 - die Kraft der Druckfeder 20 über windend - in Richtung des Anschlagringes 19 axial verschiebt, wobei gleichzeitig aufgrund der Schrägverzahnung des Verzahnungspaares 21 eine relative Drehbewegung zwischen dem Kolben 5 und der Nabe 16 und damit des Gehäuses 12 entsteht. Synchron dazu, bedingt durch das Verzahnungspaar 22, über das der Kolben 5 mit dem Ring 17 verbunden ist, der mit der Buchse 13 eine Einheit bildet, erfolgt eine unter stützende relative Drehbewegung und damit eine Drehlagenänderung des Antriebes (Ritzel 23) zu der Welle 2, die drehstarr mit der Buchse 13 und dem damit einstückig in Verbindung stehenden Ring 17 verbunden ist.

Bezugszahlenliste

1 Vorrichtung
2 Welle
3
4 Verstellelement
5 Kolben
6 Gehäuse
7 Trägerteil (für Kolbenplatte)
8 Endstück
9 Kolbenplatte
10 Verzahnungsabschnitt
11 Verzahnungsabschnitt
12 Gehäuse
13 Buchse
14 Druckkammer
15 Druckkammer
16 Nabe
17 Ring
18 Anschlagring
19 Anschlagring
20 Druckfeder
21 Verzahnungspaar
22 Verzahnungspaar
23 Ritzel
24 Schraubverbindung
25 Ausnehmung
26 Anschlußleitung
27 Anschlußleitung
28 Zwischengehäuse
29 Dichtspalt

Claims

1. Vorrichtung, die einen rotativen Antrieb erfährt und zwischen zumindest zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen eingesetzt ist und die ein axial verschiebbares Verstellelement (4) aufweist, das mit einem hydraulisch betätigbaren Kolben (5) versehen ist, wobei der kreisringförmig ausgebildete Kolben (5) sowohl eine nach innen als auch eine nach außen gerichtete Verzahnung aufweist, von der zumindest eine Verzahnung als Schrägverzahnung ausgebildet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß ein hülsenförmig gestalteter Kolben (5) aus zumindest zwei Teilstücken, einem Trägerteil (7) und einem Endstück (8) gebildet ist, die jeweils einen Verzahnungsabschnitt (10) oder (11) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Verzahnungsabschnitt (10 oder 11) durch ein Fließ-Preßverfahren hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzahnungsabschnitt (10) als Innenverzahnung am Trägerteil (7) und die Außenverzahnung als Verzahnungsabschnitt am Endstück (8) vorgese hen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß vor einer Zusammenfügung des Trägerteils (7) mit dem Endstück (8) jedes Teilstück fertig bearbeitet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß beide Verzahnungsabschnitte (10, 11) schräg verzahnt sind, wobei die Schrägungsrichtung beider Verzahnungen unterschiedlich ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß eine unlösbare Verbindung zwischen dem Trägerteil (7) und dem Endstück (8) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kolben (5) zumindest an einem der Bauteile, Trägerteil (7) oder Endstück (8), eine der axialen Steilbewegung des Kolbens (5) folgende Dichtung aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß stirnseitig radial auf dem Trägerteil (7) eine Kol benplatte (9) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kolben (5) zwischen einem Gehäuse (12) und einer Buchse (13) axial verschiebbar ist, wobei die Kolbenplatte (9) zwi schen zwei hydraulisch beaufschlagbaren Druckkammern (14, 15) einge setzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Trägerteil (7) und dem Endstück (8) befindlichen Verzahnungsab schnitte (10 oder 11) mit entsprechend zugeordneten Gegenverzahnungen auf benachbarten Bauteilen, einer Nabe (16) und einem Ring (17) Ver zahnungspaare (21, 22) bilden, die voneinander räumlich axial oder radial getrennt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellweg des Kolbens (5) durch Anschlagringe (18, 19) begrenzbar ist, die jeweils in der Endlage im Bereich des Außenumfangs der Kol benplatte (9) anliegen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Druckfeder (20) als Schraubenfeder konisch geformt zwischen einem Anschlagring (19) und der Kolbenplatte (9) geführt eingesetzt ist, wobei die Druckfeder (20) in Richtung des Anschlagrin ges (19) gespreizt ausgebildet ist.