DE4402992A1 - Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Welle mit einer Kolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, zu einem Antriebs­ rad, mit einer Kolbenpumpe zur Bereitstellung eines Hydrauliksystemdruckes, mit Hilfe dessen ein Hydro-Stell­ motor mit zumindest einem längs einer Zentralachse ver­ schiebbaren Hydraulikkolben betreibbar ist. Eine derar­ tige Vorrichtung ist aus der DE 39 29 621 A1 bekannt. Mit einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, beispiels­ weise eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine gegenüber der die Nockenwelle antreibenden Kurbelwelle um einen ge­ wissen Phasenwinkel zu verstellen. Initiiert wird diese Verstellung durch einen Hydro-Stellmotor, wobei im Sinne einer kompakten Baueinheit beim bekannten Stand der Tech­ nik ein Pumpensystem zur Versorgung dieses Hydro-Stellmo­ tors in die Drehwinkelverstellvorrichtung integriert ist.

An einer derartigen bekannten Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer der erforderliche Bauraum insbesondere in radialer Richtung verringert werden kann, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Kolben­ pumpe als Axialkolbenpumpe mit zumindest zwei im wesent­ lichen parallel zur Zentralachse ausgerichteten Arbeits­ kolben ausgebildet ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbil­ dungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist die Kolbenpumpe als Axialkolbenpumpe ausgebildet, d. h. die Arbeitskolben der Kolbenpumpe be­ wegen sich in axialer Richtung bezüglich der Drehwinkel­ verstellvorrichtung bzw. deren Zentralachse. Mehrere Ar­ beitskolben erhöhen dabei die Förderleistung der Kolben­ pumpe. Im gleichen Sinne wirkt ein relativ großer Kolben­ hub der Arbeitskolben. Mit der erfindungsgemäßen Anord­ nung läßt sich ein derartiger größerer Kolbenhub einfach umsetzen, da hierdurch offensichtlich keine Bauraumver­ größerung in radialer Richtung verursacht wird.

Eine kompakte Bauweise ergibt sich auch, wenn der Pumpen­ rotor und der Pumpenstator konzentrisch zur Zentralachse angeordnet sind. Dabei kann im Sinne einer vorteilhaften Funktionsvereinigung der Pumpenrotor mit einem Abtriebs­ rad oder Antriebsrad der Drehwinkelverstellvorrichtung zusammengefaßt sein. Sind in einer Weiterbildung die Ar­ beitskolben im Pumpenrotor gelagert, so sind für die An­ steuerung dieser Arbeitskolben bzw. der zu diesen führen­ den Hydraulikkanäle (Saugkanal und Druckkanal) keine ei­ genständigen Steuerelemente erforderlich, da diese An­ steuerung durch die Rotation des Pumpenrotors selbsttätig erfolgt. Weiter ergibt sich eine einfache Gestaltung einer erfindungsgemäßen Drehwinkelverstellvorrichtung, wenn der Pumpenstator im Sinne einer Funktionsvereinigung den dem längsverschiebbaren Hydraulikkolben zugeordneten Hydraulikzylinder trägt.

Dies sowie weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele. Gezeigt ist jeweils eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstel­ lung einer Welle im Schnitt. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher bezeichneten Merkmale sein.

Die in den Fig. 1, 2 gezeigte Vorrichtung dient zur relativen Drehwinkelverstellung insbesondere einer Brenn­ kraftmaschinen-Nockenwelle zu einem Antriebsrad 1 und nutzt das bekannte Verstellprinzip über Schrägverzahnun­ gen. Hierzu ist das Antriebsrad 1 über eine Längsverzah­ nung 2 mit der längs der Zentralachse 3 längsverschiebba­ ren Verzahnungsmuffe 4 verbunden, die konzentrisch zum Antriebsrad 1 angeordnet ist und somit mit diesem die Zentralachse 3 gemein hat. Ebenfalls koaxial zur Zen­ tralachse 3 sind zwei Abtriebsräder 5, 6 angeordnet, die konzentrisch auf der Außenseite der Verzahnungsmuffe 4 gelagert sind und hierbei mit dieser über Schrägverzah­ nungen 7 verbunden sind. Diese beiden Abtriebsräder 5, 6 treiben über endlose Zugmittelgetriebe 8 zwei nicht ge­ zeigte Nockenwellen einer Brennkraftmaschine an. Wie klar verständlich ist, werden nämlich bei einer Rotation des Antriebsrades 1 durch Mitnahme der Verzahnungsmuffe 4 auch die beiden Abtriebsräder 5, 6 in Rotation versetzt. Wird darüber hinaus die Verzahnungsmuffe 4 längs der Zen­ tralachse 3 verschoben, so werden aufgrund der Schrägver­ zahnungen 7 die beiden Abtriebsräder 5, 6 zusätzlich ge­ genüber dem Antriebsrad 1 verdreht, d. h. der Phasenwin­ kel der Abtriebsräder 5, 6 und damit auch der Phasenwin­ kel der mit diesen Abtriebsrädern verbundenen Nockenwel­ len gegenüber dem Antriebsrad 1 bzw. der dieses Antriebs­ rad antreibenden Brennkraftmaschinen-Kurbelwelle werden verändert.

Eine Verschiebung der Verzahnungsmuffe 4 wird durch einen Hydraulikkolben 9 eingeleitet, dessen Kolbenstange 10 über ein Axiallagerpaket 11 mit der Verzahnungsmuffe 4 verbunden ist. Der beidseitig von einem Hydraulikmedium beaufschlagbare Hydraulikkolben 9 ist hierzu in einem Hydraulikzylinder 12 geführt. Dabei wird das dem Hydrau­ likzylinder 12 über zwei Kanäle 13a, 13b zuführbare Hydraulikmedium durch eine in der Drehwinkelverstellvor­ richtung integrierte Kolbenpumpe 14 bereitgestellt.

Im einzelnen besteht diese als Axialkolbenpumpe ausgebil­ dete Kolbenpumpe 14 aus einem Pumpenstator 15 sowie einem Pumpenrotor 16, in dem über den Umfang verteilt vier Ar­ beitskolben 17 gelagert sind. Hierzu sind die Arbeitskol­ ben 17 gemeinsam mit den integrierten Schraubendruckfe­ dern 18 in entsprechenden Ausnehmungen des Pumpenrotors 16, der im übrigen zusammen mit dem Abtriebsrad 6 eine Baueinheit bildet, eingesetzt. Mit ihrem der Schrauben­ druckfeder 18 entgegengesetzten freien Ende stützen sich die Arbeitskolben 17 auf einer Trasse 19 ab, die aus dem Pumpenstator 15 herausgearbeitet ist. Wie ersichtlich, ist die kreisförmig um die Zentralachse 3 umlaufende Trasse 19 von unterschiedlicher Höhe, so daß bei Rotation des Pumpenrotors 16 um die Zentralachse 3 die Arbeits­ kolben 17 in eine oszillierende Bewegung versetzt werden und hierbei in der oberen Stellung Hydraulikmedium absau­ gen, dieses auf dem Weg in die untere Stellung komprimie­ ren und in der unteren Stellung höchst komprimiert abge­ ben.

In der oberen Position der Arbeitskolben 17 gelangt das Hyraulikmedium dabei über einen Saugkanal 20, an den sich bei entsprechender Position des Pumpenrotors 16 der in diesem vorgesehene Ölkanal 21 anschließt, in den im Be­ reich der Schraubendruckfeder 18 liegenden, diesem Ar­ beitskolben zugeordneten Kompressionsraum 22 der Kolben­ pumpe 14. Wie ersichtlich verkleinert sich dieser Kom­ pressionsraum 22 auf dem Weg des Arbeitskolbens in die untere Position. In dieser unteren Position kommt der Öl­ kanal 21 im Pumpenrotor 16 mit einem Hochdruckkanal 23 zur Deckung, von dem aus das nunmehr komprimierte Hydrau­ likmedium einerseits direkt in den die eine Seite des Hydraulikkolbens 9 beaufschlagenden Kanal 13a gelangen kann und zum anderen über ein Kanalsystem 24 zu einem Magnetventil 25 geführt wird, an das sich der auf der anderen Seite des Hydraulikkolbens 9 mündende Kanal 13b anschließt. Da auf derjenigen Seite des Hydraulikkolbens 9, die durch den Kanal 13a beaufschlagt wird, zwangsläu­ fig Leckageverluste und Druckverluste auftreten, kann durch entsprechende Ansteuerung des beispielsweise als Taktventil arbeitenden Magnetventiles 25 die von rechts, d. h. über den Kanal 13b auf den Kolben 9 wirkende Kraft höher oder niedriger gesetzt werden als die von links, d. h. über den Kanal 13a wirkende Kraft, so daß hierdurch der Hydraulikkolben 9 im Hydraulikzylinder 12 wie ge­ wünscht positioniert werden kann.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Funk­ tionen des Lagerns bzw. Führens und des Abdichtens zwi­ schen dein Pumpenrotor 16 und dem Pumpenstator 15 von einer einzigen Flächenpaarung übernommen werden, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 2 diese Funktionen auf zwei Flächenpaarungen 31, 32 aufgeteilt. Die Funktion des Füh­ rens/Lagerns wird dabei in radialer Richtung durch die Flächenpaarung 31 zwischen dem Außendurchmesser des Pum­ penrotors 16 sowie dem Innendurchmesser des Pumpenstators 15 bewerkstelligt. Die Funktion des Abdichtens erfolgt in axialer Richtung zwischen der (rechten) Stirnfläche des Rotors 16 und einer im Stator 15 eingearbeiteten, kreis­ ringförmigen Dichtfläche, wodurch eine Flächenpaarung 32 gebildet wird. In die kreisringförmige Dichtfläche des Stators sind im übrigen auch die als Steuerschlitze wir­ kenden Saugkanäle 20 integriert.

Um die Flächenpaarung 32 frei von Axialspiel zu gestal­ ten, wird der Pumpenrotor 16 mittels eines Federelementes in Form einer vorgespannten Tellerfeder 33, die sich über eine Mutter 34 am Pumpenstator 15 abstützt, mit einer de­ finierten Kraft an die entsprechende Dichtfläche des Pum­ penstators 15 angepreßt. Die Axialkraft infolge des Öl­ druckaufbaus in den Arbeitskolben 17 wird ebenfalls von der Tellerfeder 33 und der Mutter 34 aufgenommen. Der axiale Kraftfluß verläuft somit in den Teilen Rotor 16- Stator 15-Mutter 34-Tellerfeder 33 und wirkt somit nicht mehr auf die gesamte Verstelleinheit.

In beiden Ausführungsformen wird der Saugkanal 20 über einen Vorratsraum 26 mit Hydraulikmedium versorgt, wel­ cher seinerseits von einem Hauptölkanal 27 der zugeordne­ ten Brennkraftmaschine versorgt wird. Wie ersichtlich verläuft das Kanalsystem 24 sowie der Kanal 13b ebenfalls im Gehäuse 28 der Brennkraftmaschine. Wie ersichtlich stützt sich ferner der Pumpenstator 15 an zwei kreiszy­ lindrischen Vorsprüngen 29 des Brennkraftmaschinen-Gehäu­ ses 28 ab. Weiterhin ist der Pumpenstator über mehrere Stiftschrauben 30 mit Gehäuse 28 angeschraubt. Ferner wird durch einen Spalt 31 zwischen dem Pumpenstator 15 und dem Vorsprung 29 ein im Vorratsraum 26 mündender Spritzölka­ nal geschaffen, der das Antriebsrad 1 sowie die beiden Abtriebsräder 5, 6 mit Schmieröl versorgt und dafür sorgt, daß die Hochdruckpumpe das Öl aus dem Vorratsbe­ hälter ansaugt und nicht unter Druck zugeführt bekommt. Jedoch kann dies sowie weitere Details insbesondere kon­ struktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Pa­ tentansprüche zu verlassen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, zu einem Antriebsrad (1), mit einer Kolbenpumpe (14) zur Bereitstellung eines Hydrauliksystemdruckes, mit Hilfe dessen ein Hydro- Stellmotor mit zumindest einem längs einer Zen­ tralachse (3) verschiebbaren Hydraulikkolben (9) be­ treibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe (14) als Axialkolbenpumpe mit zumindest zwei im wesentlichen parallel zur Zentralachse (3) ausgerichteten Ar­ beitskolben (17) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (16) und der Pumpenstator (15) koaxial zur Zentralachse (3) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (16) mit einem Abtriebsrad (5, 6) oder Antriebsrad (1) zusam­ mengefaßt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskolben (17) im Pumpenrotor (16) gelagert sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenstator (15) den dem längsverschiebbaren Hydraulikkolben (9) zu­ geordneten Hydraulikzylinder (12) trägt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenrotor (16) und der Pumpenstator (15) eine dichtende Flächenpaarung (32) bilden, wozu sich der Rotor (16) über ein Fe­ derelement (Tellerfeder 33) axialspielfrei am Stator (15) abstützt.