DE4240075C2 - Hydraulische Stelleinrichtung - Google Patents
Hydraulische StelleinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Stelleinrichtung zum
Verdrehen der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine.
Durch die ältere Patentanmeldung DE 41 35 378 A1 ist eine
hydraulische Stelleinrichtung gemäß der Gattung des
Patentanspruchs 1 bekannt. Dort ist ein Stellglied
vorgesehen, das als ein einfach wirkender Zylinder
ausgebildet ist, dessen Druckraum ständig mit der Pumpe
verbunden ist. Zusätzlich ist der einseitig wirkende
Stellzylinder von einer Rückstellkraft in Form einer
Druckfeder beaufschlagt.
Die erfindungsgemäße hydraulische Stelleinrichtung mit dem kenn
zeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor
teil, daß sie wesentlich einfacher aufgebaut ist und einen geringe
ren Einbauraum in Anspruch nimmt.
Aufgrund des vereinfachten Aufbaus der hydraulischen Stellein
richtung ist weiterhin der steuerungstechnische Aufwand verringert.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der hydraulischen Stellein
richtung ist es möglich, die im Betrieb stets auftretenden Rück
stellkräfte für eine Verstellung in die eine Richtung zu nutzen. Nur,
für die Verstellung in die Gegenrichtung (d. h. gegen die Rückstell
kraft) werden hydraulische Druckkräfte aufgebracht.
Durch das vereinfachte und damit auch kürzer zu bauende Stellglied
entfallen bzw. verkürzen sich die Druckmittelkanäle von und zum
Steuerventil. Das Steuerventil kann aufgrund der kurzen axialen Aus
dehnung der Stelleinrichtung ohne größeren Aufwand und Raumbedarf
koaxial zur Nockenwelle angeordnet werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung er
geben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be
schreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt einen
Längsschnitt durch eine hydraulische Stelleinrichtung.
In der Zeichung ist mit 10 die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine
bezeichnet, die über ein Antriebsrad 11 (Kettenrad) von dieser
Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Nockenwelle 10 hat ein
flanschartiges Endteil 12, in dessen Stirnseite 13 eine zylindrische
Vertiefung 14 eingelassen ist. Von dieser Vertiefung 14 geht eine
Längsbohrung 15 aus, die die Nockenwelle 10 durchdringt. In die zy
lindrische Vertiefung 14 ragt der hohlzylindrische Nabenkörper 16
des Antriebsrades 11, an dessen Außenumfang das Kettenrad 17 ange
bracht ist. An der dem Endteil 12 abgewandten Seite des Kettenrades
17 liegt eine Ringscheibe 19 an, die den Nabenkörper 16 umfaßt. An
der Ringscheibe 19 sind auf der dem Kettenrad 17 abgewandten Stirn
seite nicht dargestellte Mitnehmer angebracht, deren Funktion im
Nachfolgenden noch näher beschrieben wird. Die Ringscheibe 19, das
Kettenrad 17 bzw. das Antriebsrad 11 und das Endteil 12 der Nocken
welle 10 sind über Schrauben 20 und Distanzhülsen 21 miteinander
verbunden. Die Distanzhülsen 21 liegen einerseits am Endteil 12 und
andererseits an der Ringscheibe 19 an und dringen durch das Ketten
rad 17. Dieses hat dazu Durchbrüche 18 in Form von Kreisringab
schnitten. Diese Durchbrüche 18 sind so ausgebildet, daß das An
triebsrad 11 zwar in axialer Richtung fixiert, aber um einen defi
nierten Winkelbereich verdrehbar ist.
Im Inneren des Nabenkörpers 16 ist ein Koppelglied 23 geführt, das
sich mit seinem Zylinderabschnitt 24 größeren Durchmessers im
Inneren des Nabenkörpers 16 befindet. An diesen Zylinderabschnitt 24
schließt sich ein weiterer Zylinderabschnitt 25 geringeren Durch
messers an, der in die Längsbohrung 15 der Nockenwelle 10 ragt. Das
Koppelglied 23 ist längsverschieblich, aber drehfest in der Nocken
welle 10 geführt. Dazu weisen der Zylinderabschnitt 25 und die
Längsbohrung 15 eine zusammenwirkende Geradverzahnung 26 auf. Das
Antriebsrad 11 und das Koppelglied 23 wirken dagegen über eine
Schrägverzahnung 27 zusammen, die einerseits am Außenumfang des Zy
linderabschnittes 24 und andererseits am inneren Umfang des Naben
körpers 16 ausgebildet ist.
Der Zylinderabschnitt 24 des Koppelgliedes 23 weist eine von seiner
freien Stirnseite ausgehende zylindrische Vertiefung 28 auf, von der
eine durchgehende Längsbohrung 29 ausgeht, die mit der Längsbohrung
15 in der Nockenwelle 10 in Verbindung steht. Am Grund der Ver
tiefung 28 liegt ein Lagerring 31 an, auf dem ein erster Wälzlager
ring 32 abrollt. An diesen ersten Wälzlagerring 32 schließt sich
eine Führungsscheibe 33 an, an der andererseits ein zweiter Wälz
lagerring 34 anliegt. Die Lagerscheibe 31, der erste Wälzlagerring
32, die Führungsscheibe 33 und der zweite Wälzlagerring 34 werden
durch eine Ringmutter 35 im Inneren der Vertiefung 28 fixiert und
bilden ein Axiallager. Die Führungsscheibe 33 hat eine mittige,
durchgehende Bohrung 37, durch die der Führungsdorn 38 des Stell
gliedes 39 ragt. Dieses Stellglied 39 liegt so an der Führungs
scheibe 33 an, daß der Führungsdorn 38 die Bohrung 37 durchdringt
und auf der gegenüberliegenden Seite der Führungsscheibe durch einen
Sicherungsring 40 axial unverschieblich gesichert ist. Das Stell
glied 39 ragt durch den zweiten Wälzlagerring 34, die Ringmutter 35 und
den Innenraum des Nabenkörpers 16 bis in eine abgestufte, durch
gehende Längsbohrung 42 eines feststehenden Steuerzapfens 43. Dieser
Steuerzapfen 43 ist fest in eine durchgehende Bohrung 44 einer Ge
häusewand 45 der Stelleinrichtung eingesetzt. An der Innenseite
dieser Gehäusewand 45 ist ein etwa hohlzylindrisches Pumpengehäuse
46 ausgebildet, das den Steuerzapfen 43 umfaßt, und einen Rotor 47
samt Kolben 48 und Stützring 49 aufnimmt.
Der Rotor 47 ist drehbar auf dem Steuerzapfen 43 gelagert und stützt
sich mit seiner einen Stirnseite an einem Lagerring 51 ab, der wie
derum im Inneren des Pumpengehäuses 46 an der Gehäusewand 45 an
liegt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Rotor 47 durch eine
Sicherungsmutter 52, die auf dem Steuerzapfen 43 verschraubt ist,
gegen axiales Verschieben gesichert. Der Rotor 47 weist an seiner
der Gehäusewand 45 abgewandten Stirnseite mehrere Mitnehmer 50 auf,
die in eine Kreuzscheibe 53 eingreifen. In diese Kreuzscheibe 53
greifen von der gegenüberliegenden Seite die - nicht darge
stellten - Mitnehmer der Ringscheibe 19 ein, so daß der Rotor 47
über die Kreuzscheibe 53, die Ringscheibe 19 und die Schrauben 20
von der Nockenwelle 10 angetrieben wird.
Der Rotor 47 hat mehrere, von seinem Außenumfang ausgehende, radial
verlaufende Pumpenbohrungen 54, von deren Grund jeweils eine Druck
bohrung 55 ausgeht, die bis zum Steuerzapfen 43 reicht. Dieser hat
an seinem Außenumfang eine über einen Teil des Umfanges verlaufende
Drucknut 57, die über eine Druckbohrung 58 mit dem Bohrungsabschnitt
59 größeren Durchmessers der Längsbohrung 42 verbunden ist.
Zwischen den Pumpenbohrungen 54 und dem Lagerring 51 verläuft im
Rotor 47 jeweils neben den Pumpenbohrungen eine durchgehende Saug
bohrung 60, in die eine Saugdrossel 61 eingesetzt ist. Die Saug
bohrung 60 ist am Außenumfang des Rotors 47 durch einen Stopfen 62
einseitig verschlossen. Zwischen der Saugdrossel 61 und dem Stopfen
62 geht von der Saugbohrung 60 jeweils ein Saugkanal 63 aus, der in
die Pumpenbohrung 54 mündet. Die Saugbohrung 60 wirkt mit einer
Saugnut 65 zusammen, die am Steuerzapfen 43 über einen Teil seiner
Umfangsfläche ausgebildet ist. Diese ist mit einer Sackbohrung 66
verbunden, die von der der Nockenwelle 10 abgewandten Stirnseite des
Steuerzapfens 43 ausgeht.
In jeder der Pumpenbohrungen 54 ist ein etwa becherförmiger Kolben
48 geführt, in dessen Inneren sich eine Druckfeder 67 abstützt,
deren anderes Ende am Grund der Pumpenbohrung 54 anliegt. Die Kolben
48 sind als Kuppenkolben ausgebildet, deren Kuppen 68 am Innenring
69 des exzentrisch gelagerten Stützringes 49 anliegen. Dieser wie
derum stützt sich über Kugeln 70 am Außenring 71 ab, der im Inneren
des Pumpengehäuses 46 gelagert ist. Der Außenring 71 ist über eine
Federscheibe 72 und einen Sicherungsring 73 von der offenen Stirn
seite des Pumpengehäuses 46 her gegen axiales Verschieben gesichert.
Das Stellglied 39 ragt - wie bereits zuvor angeführt - in die Längs
bohrung 42 und ist in deren Bohrungsabschnitt 64 kleineren Durch
messers durch einen in eine Ringnut 74 eingelegten Dichtring 76 so
wie einen in eine zweite Ringnut 75 eingelegten Führungsring 77 ab
gedichtet und geführt. Die offene Seite der Längsbohrung 42 ist
durch eine Flanschplatte 78 abgedeckt, die an der Außenseite der Ge
häusewand 45 und - auf nicht dargestellte Weise - mit dem Steuer
zapfen 43 verschraubt ist. Diese Flanschplatte 78 hat eine durch
gehende Bohrung 79, die mit der Längsbohrung 42 fluchtet. An der an
der Gehäusewand 45 anliegenden Innenseite der Flanschplatte 78 sind
ein Zulaufschlitz 81 und ein Rücklaufschlitz 82 ausgebildet. Diese
sind über einen in die Flanschplatte 78 eingelegten Dichtring 83
gegen die Längsbohrung 42 bzw. die Bohrung 79 abgedichtet. Der
Zulaufschlitz 81 verbindet die Sackbohrung 66 im Steuerzapfen 43 mit
einer Zulaufbohrung 84, die die Gehäusewand 45 außerhalb des Pumpen
gehäuses 46 durchdringt. Der Rücklaufschlitz 82 verbindet eine Rück
laufbohrung 85, die die Flanschplatte 78 durchdringt, mit einer Boh
rung 86 in der Gehäusewand 45. Diese Bohrung 86 steht über eine Nut
87 mit dem Innenraum des Pumpengehäuses 46 in Verbindung.
An der Außenseite der Flanschplatte 78 ist das Gehäuse 89 des
Steuerventils 90 befestigt. Das Steuerventil 90 hat an seiner an der
Flanschplatte 78 anliegenden Stirnseite eine zylindrische Vertiefung
91, die die Bohrung 79 umfaßt. Um diese Vertiefung 91 verläuft im
Steuerventil 90 eine Ringnut 92, die mit der Rücklaufbohrung 85 ver
bunden ist. Sowohl die Vertiefung 91 als auch die Ringnut 92 sind
durch Dichtringe 93 bzw. 94 nach außen abgedichtet. An die Ver
tiefung 91 schließt sich im Steuerventil 90 ein Ventileinsatz 96 an,
der einen Ventilsitz 97 aufweist. Dieser Ventilsitz 97 wirkt mit
einem Ventilkegel 98 zusammen, der im Ankerraum 99 des Steuerventils
90 geführt ist. Vom Ankerraum 99 des Steuerventils 90 führen Boh
rungen 103 zur Ringnut 92. Am Ventilkegel 98 stützt sich eine Druck
feder 100 ab, deren anderes Ende am Anker 101 des Steuerventils 90
anliegt. Dieser Anker 101 ist im Inneren der Spule 102 eines Propor
tionalmagneten geführt. Bei Bestromung der Spule 102 des Proportio
nalmagneten bewegt sich der Anker 101 gegen die Wirkung der Druck
feder 100 auf den Ventilsitz 97 zu, so daß die Vorspannung der
Druckfeder 100 erhöht wird.
Die dargestellte hydraulische Stelleinrichtung dient zur relativen
Verdrehung der Nockenwelle 10 gegenüber dem Antriebsrad 11 bzw.
der - nicht dargestellten - Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine.
Damit sollen die Öffnungszeiten der Ventile der Brennkraftmaschine
in Abhängigkeit von unterschiedlichen Faktoren wie zum Beispiel
Drehzahl oder Belastung verstellt werden, und zwar zu einer früheren
oder späteren Ventilbetätigung, bezogen auf die Drehlage der Kurbel
welle. Dies wird durch Verschieben des Koppelgliedes 23 erreicht.
Durch das Zusammenwirken der Geradverzahnung 26 und der Schrägver
zahnung 27 am Koppelglied 23 führt dessen axiales Verschieben zu
einer Verdrehung des Antriebsrades 11 relativ zur Nockenwelle 10. In
der dargestellten rechten Endstellung des Koppelgliedes 23 ist die
maximal mögliche Frühverstellung der Nockenwelle 10 erreicht. Diese
Endstellung des Koppelgliedes wird erreicht bzw. gehalten durch den
sich in der Längsbohrung 42 bzw. im Bohrungsabschnitt 59 aufbauenden
Druck, der auf das Stellglied 39 wirkt. Dieser Druck wird bei um
laufenden Rotor 47 bzw. bei umlaufender Nockenwelle 10 durch die
Kolben 48 aufgebaut, da die Pumpenbohrungen 54 über die Druckbohrung
55, die Drucknut 57 und die Druckbohrung 58 mit der Längsbohrung 42
in Verbindung stehen. Die Druckmittelbeaufschlagung der Pumpenboh
rungen 54 erfolgt über die Saugkanäle 63, die Saugbohrungen 60 mit
den Saugdrosseln 61 und die Saugnut 65. Diese ist über die Sackboh
rung 66 und den Zulaufschlitz 81 mit der Zulaufbohrung 84 verbunden.
Diese Zulaufbohrung 84 wiederum ist mit dem Motorölkreislauf der
Brennkraftmaschine verbunden, was durch die gestrichtelt darge
stellte Verbindung 105, die ebenfalls gestrichelt dargestellte Pumpe
106 (Schmier- bzw. Motorölpumpe) und den Behälter 107 angedeutet
ist. Bei der hier dargestellten Pumpe der Stelleinrichtung handelt
es sich also um eine außen abgestützt, saugseitig gedrosselte,
schlitzgesteuerte Radialkolbenpumpe.
Der Druck in der Längsbohrung 42 ist über das Steuerventil 90 regel
bar. Dieses ist als Proportionaldruckregelventil ausgebildet, wobei
der in der Längsbohrung 42 anstehende Druck über die Bohrung 79 am
Ventilsitz 97 ansteht. Durch die vorgespannte Druckfeder 100, die
auf den Ventilkegel 98 wirkt, wird dieser Druck geregelt d. h. bei
Überschreiten eines vorgegebenen Druckwertes hebt der Ventilkegel 98
vom Ventilsitz 97 ab, so daß Druckmittel am geöffneten Ventilsitz 97
vorbei in den Ankerraum 99 gelangt. Von dort besteht über die
Bohrungen 103, die Ringnut 92, die Rücklaufbohrung 85 und die Nut 86
eine Verbindung zum Innenraum des Pumpengehäuses 46 bzw. zum Motor
ölkreislauf. Durch entsprechende Bestromung der Spule 102 des
Elektromagneten kann die Vorspannung der Druckfeder 100 verändert
werden, so daß damit der Öffnungsdruck des Steuerventils 90 willkür
lich einstellbar ist. Soll das Koppelglied 23 (Stellglied 39) in der
dargestellten Endstellung gehalten werden bzw. nach rechts aus einer
vorherigen Stellung verschoben werden, muß die Kraft auf das Koppel
glied 23 aufgrund des sich in der Längsbohrung 42 aufbauenden
Druckes größer sein als die rückstellenden Kräfte aufgrund der
Ventilbetätigung durch die Nockenwelle. Die Nockenwelle erfährt bei
der Betätigung der Ventile ein rückwirkendes Moment, das im Sinne
einer Spätverstellung auf sie wirkt. Soll das Koppelglied 23 aus der
dargestellten oder einer beliebigen Zwischenstellung nach links
bewegt werden, müssen die Kräfte aufgrund des Rückstellmomentes
größer als die aufgrund des sich in der Längsbohrung 42 aufbauenden
Druckes sein. Dazu wird die Bestromung der Spule 102 des Elektro
magneten verringert, so daß sich über die dadurch verringernde Vor
spannung der Druckfeder 100 der Öffnungsdruck am Ventilkegel 98 ver
ringert. Zum Halten einer Zwischenstellung des Koppelgliedes 23 und
damit der Drehlage der Nockenwelle wird das Steuerventil 90 so an
gesteuert, daß sich die Kräfte aufgrund der Wirkung des Druckes in
der Längsbohrung 42 und die entgegengesetzt gerichteten Kräfte auf
grund des Rückstellmomentes der Nockenwelle 10 die Waage halten.
Über die Längsbohrung 15 in der Nockenwelle 10 und die Längsbohrung
29 sowie die Vertiefung 28 ist das Innere des Nabenkörpers 16 mit
dem Motorölkreislauf verbunden, so daß während des Betriebes auch
eine ausreichende Schmierung der Verzahnungen 26, 27 und des
Axiallagers (31-34) gewährleistet ist.
Das Stellglied 39 der hydraulischen Stelleinrichtung ist im Gegen
satz zum Stand der Technik als einfach wirkender Zylinder ausgebil
det, der durch entsprechende Druckbeaufschlagung in der Längsbohrung
42 ausgefahren werden kann. Das Einfahren des Stellgliedes 39 bzw.
das Rückstellen erfolgt nur aufgrund des Rückstellmomentes beim Be
trieb der Nockenwelle 10. Das Axiallager 32 bis 34 im Koppelglied 23
wird damit im wesentlichen nur einseitig belastet, so daß sich
dessen Ausbildung vereinfacht und auch die Befestigung des Stell
gliedes 39 an der Führungsscheibe 33 einfacher ist. Um aufgrund des
Rückstellmomentes eine ausreichende Rückstellkraft auf das Stell
glied zu erhalten, ist die Schrägverzahnung am Koppelglied 23 we
sentlich steiler ausgebildet als bei bisher bekannten Stelleinrich
tungen. Die Steigung bzw. Steigungsrate der Schrägverzahnung ist
hier kleiner als 200 mm/Umdrehung und liegt vorzugsweise im Bereich
zwischen 110 mm/Umdrehung und 190 mm/Umdrehung. Bei vorbekannten
Stelleinrichtungen dieser Art liegt die Steigungsrate der Schrägver
zahnung im Bereich von etwa 230 mm/Umdrehung und 620 mm/Umdrehung.
Anstelle einer Geradverzahnung und einer Schrägverzahnung am Koppel
glied 23 und den entsprechenden Verzahnungen an der Nockenwelle 10
und dem Antriebsrad 11 können auch zwei Schrägverzahnungen zur Ver
stellung zusammenwirken. Die Gesamtsteigungsrate der beiden zu
sammenwirkenden Schrägverzahnungspaare entspricht dann der zuvor
genannten, d. h. sie ist kleiner als 200 mm/Umdrehung.
Im Gegensatz zu der hier dargestellten und beschriebenen Ausbildung
des Koppelgliedes und dessen Zusammenwirken mit der Nockenwelle und
dem Antriebsrad sind auch andere konstruktive Ausführungen möglich.
So kann beispielsweise die Verzahnung der Nockenwelle an einem an
dieser angebrachten Zapfen ausgebildet sein, der in eine ent
sprechende (Sack-)Bohrung im Koppelglied eingreift. Wesentlich ist
hier, das Zusammenwirken zweier Verzahnungspaare mit einer ent
sprechenden Steigungsrate, so daß ein axiales Verschieben des
Koppelgliedes zu einem relativen Verdrehen der Nockenwelle gegenüber
dem Antriebsrad führt.
Claims (7)
1. Hydraulische Stelleinrichtung zum Verdrehen der
Nockenwelle (10) einer Brennkraftmaschine relativ zu deren
Antriebsrad (11) mit einem Stellglied (39), das von einem
über ein Steuerventil (90) veränderbaren Druck einer Pumpe
(43, 47, 48, 49) beaufschlagt und mit einem
längsverschieblichen Koppelglied (23) verbunden ist, welches
über jeweils ein Verzahnungspaar (26, 27) zum einen mit dem
Antriebsrad (11) und zum anderen mit der Nockenwelle (10)
zusammenwirkt, wobei mindestens ein Verzahnungspaar (26, 27)
als Schrägverzahnung ausgebildet ist und das Stellglied (39)
als einfach wirkender Zylinder ausgebildet ist, dessen
Druckraum (42, 59) stets mit der Pumpe verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtsteigungsrate der
Verzahnungspaare kleiner als 200 mm/Umdrehung ist.
2. Hydraulische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gesamtsteigungsrate der
Verzahnungspaare ≧ 110 mm/Umdrehung ist.
3. Hydraulische Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (42, 59) des
Zylinders im Steuerzapfen (43) der Pumpe (43, 47, 48, 49)
ausgebildet ist.
4. Hydraulische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (90)
koaxial zur Nockenwelle (10) angeordnet ist.
5. Hydraulische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (43, 47, 48,
49) außen abgestützt ist.
6. Hydraulische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (43, 47, 48, 49)
schlitzgesteuert ist.
7. Hydraulische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1,
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (43, 47, 48, 49)
saugseitig gedrosselt ist.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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IT93MI002476A IT1265347B1 (it) | 1992-11-28 | 1993-11-23 | Dispositivo idraulico di regolazione |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4240075A DE4240075C2 (de) | 1992-11-28 | 1992-11-28 | Hydraulische Stelleinrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4240075A1 DE4240075A1 (de) | 1994-06-01 |
DE4240075C2 true DE4240075C2 (de) | 2002-08-29 |
Family
ID=6473908
Family Applications (1)
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