EP1492943B1

EP1492943B1 - Vorrichtung zum verändern der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine, insbesondere einrichtung zur hydraulischen drehwinkelverstellung einer nockenwelle gegenüber einer kurbelwelle

Info

Publication number: EP1492943B1
Application number: EP03745762A
Authority: EP
Inventors: Thomas Bertelshofer; Gerd Wiessner; Jürgen Schwab; Thomas Kleiber
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: EP1492943A1; WO2003085238A1; KR100929519B1; DE50301108D1; KR20040101441A; DE10215879A1; AU2003210432A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die aus einer mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit (4) sowie aus einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebseinheit (5) besteht. Die Antriebseinheit (4) steht mit der Abtriebseinheit (5) über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung (1) gebildete Druckkammern (6, 7) in Kraftübertragungsverbindung, die bei Druckbeaufschlagung unter ständigem Ausgleich externer Druckmittelleckagen eine Relativverdrehung oder eine hydraulische Einspannung der Abtriebseinheit (5) gegenüber der Antriebseinheit (4) bewirken. Zusätzlich weist die Vorrichtung (1) eine außerhalb der Vorrichtung (1) angeordnete Spiralfeder (8) auf, die zur Angleichung ihrer Verstellgeschwindigkeiten in beide Verstellrichtungen vorgesehen ist.Erfindungsgemäß ist die Spiralfeder (8) durch Verkapselung mittels eines zusätzlichen Gehäuses (11) in einem geschlossenen Ringraum angeordnet, der vollständig mit dem externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung (1) befüllbar ist, wobei das hydraulische Druckmittel zugleich als Dämpfungsmittel gegen die aus Vibrationen der Brennkraftmaschine resultierenden Resonanzschwingungen der Federwindungen (13) der Spiralfeder (8) ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach dem oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an einer Einrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle realisierbar.

Hintergrund der Erfindung

Durch die DE 100 07 200 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine bekannt, die am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle angeordnet und als in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbarer hydraulischer Stellantrieb ausgebildet ist. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden und axial von zwei Seitendeckeln begrenzten Antriebseinheit sowie aus einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen und in die Antriebseinheit eingesetzten Abtriebseinheit, die über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung gebildete, wechselweise oder gleichzeitig mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbare Druckkammern in Kraftübertragungsverbindung stehen. Die Antriebseinheit wird bei dieser Vorrichtung in konkreter Ausführung durch ein mit einer äußeren Verzahnung ausgebildetes hohlzylindrisches Antriebsrad gebildet, in welchem durch mehrere radiale Zwischenwände mehrere hydraulische Arbeitsräume entstehen. Als Abtriebseinheit ist bei dieser Vorrichtung dementsprechend ein Flügelrad vorgesehen, welches mit mehreren sich radial von dessen Radnabe weg erstreckenden Flügeln ausgebildet ist, die die Arbeitsräume in der Antriebseinheit in jeweils zwei der genannten hydraulischen Druckkammern unterteilen. Bei Druckbeaufschlagung dieser Druckkammern erfolgt somit unter ständigem Ausgleich externer Druckmittelleckage eine Relativverdrehung oder eine hydraulische Einspannung der Abtriebseinheit gegenüber der Antriebseinheit der Vorrichtung und damit der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Zusätzlich weist diese Vorrichtung zur Angleichung ihrer Verstellgeschwindigkeiten in beide Verstellrichtungen sowie zum Erreichen einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Stellung der Abtriebseinheit zur Antriebseinheit ein Federmittel auf, welches als außerhalb der Vorrichtung vor einen der Seitendeckel der Antriebseinheit angeordneten Spiralfeder ausgebildet und mit einem Ende an der Antriebseinheit sowie mit dem anderen Ende an der Abtriebseinheit befestigt ist.

Bei dieser bekannten Vorrichtung hat es sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass die verwendete Spiralfeder aufgrund ihrer freien Anordnung außerhalb der Vorrichtung durch die von der Brennkraftmaschine ausgehenden Vibrationen zu Resonanzschwingungen angeregt wird. Schwingt die Spiralfeder dann in ihren Resonanzfrequenzen auf, kommt es im ungünstigsten Fall zu derart großen Schwingungsamplituden, dass die auftretenden Spannungsüberhöhungen zum Bruch der Spiralfeder führen. Mit einer veränderten Wicklung der Spiralfeder kann zwar durch Begrenzung des zur Schwingung verfügbaren Weges der Federwicklung die Resonanzfrequenz vermindert werden, solche Maßnahmen haben sich jedoch als nicht ausreichend erwiesen, die Spiralfeder in jedem Fall sicher gegen Bruch auszulegen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nokkenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, zu konzipieren, bei der ohne Beeinträchtigungen der Funktion der Vorrichtung sowie ohne Veränderungen des Bauraums der Vorrichtung mit einfachen Mitteln ein von den Vibrationen der Brennkraftmaschine angeregtes Aufschwingen der Spiralfeder in ihren Resonanzfrequenzen und damit ein Schwingungsbruch der Spiralfeder vermieden wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß derart gelöst, dass die außerhalb der Vorrichtung angeordnete Spiralfeder durch Verkapselung mittels eines zusätzlichen Gehäuses in einem gemeinsam mit dem angrenzenden Seitendeckel der Antriebseinheit gebildeten, geschlossenen Ringraum angeordnete ist, welcher im Zusammenwirken mit den in Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Zentrifugalkräften vollständig mit den externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung befüllbar und aus dem das hydraulische Druckmittel als Leckage wieder abführbar ist, wobei bei vollständig gefüllten Ringraum das hydraulische Druckmittel zugleich als Dämpfungsmittel gegen die aus Vibrationen der Brennkraftmaschine resultierenden Resonanzfrequenzen der Federwindungen der Spiralfeder ausgebildet ist.

In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung steht das zusätzliche Gehäuse dabei bevorzugt aus einem tassenförmigen Gehäusedeckel, in dessen Boden ein koaxialer Kreisdurchbruch eingearbeitet ist und der die äußeren Begrenzungswände des Ringraumes bildet, sowie aus einer hülsenförmigen Gehäusenabe, die in den Kreisdurchbruch im Gehäusedeckel einsteckbar ist und die innere Begrenzungswand des Ringraumes bildet. Die zweiteilige Ausbildung des zusätzlichen Gehäuses hat sich dabei besonders vorteilhaft hinsichtlich der kostengünstigen Herstellung der Gehäuseteile als Stanzziehteile sowie hinsichtlich der Befestigung der Enden der Spiralfeder einerseits an der Antriebseinheit und andererseits an der Abtriebseinheit erwiesen. Denkbar ist jedoch auch eine mehr als zweiteilige Ausbildung des Gehäuses und dessen Herstellung in spanloser oder auch spanngebender Fertigung.

Als vorteilhafte Ausgestaltung des tassenförmigen Gehäusedeckels der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird es darüber hinaus vorgeschlagen, diesen mit einer Umfangswand auszubilden, die einen annähernd dem Außendurchmesser des benachbarten Seitendeckels der Antriebseinheit entsprechenden Innendurchmesser sowie eine verlängerte Randpartie aufweist, mit der der Gehäusedeckel am Seitendeckel der Antriebseinheit arretierbar ist. Die Umfangswand ist dabei bevorzugt rechtwinklig zum Boden des Gehäusedeckels abgewinkelt und weist durch die verlängerte Randpartie eine Höhe auf, die über die Breite der im Ringraum des Gehäuses angeordneten Spiralfeder geringfügig hinausgeht.

Zur Arretierung des Gehäusedeckels am Seitendeckel der Antriebseinheit weist der Gehäusedeckel in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine umlaufende Stufe in seiner Umfangswand auf, die stirnseitig am Seitendeckel der Antriebseinheit anliegt und somit einerseits einen Axialanschlag für den Gehäusedeckel zur Vermeidung eines axialen Verklemmens der am Gehäuse angeordneten Spiralfeder bildet und andererseits den Gehäusedeckel zum Seitendeckel der Antriebseinheit zentriert. Durch mehrere in der verlängerten Randpartie der Umfangswand des Gehäusedeckels gleichmäßig umfangsverteilt angeordnete Rastnasen, die den Seitendeckel der Antriebseinheit hintergreifen, wird der Gehäusedeckel dann formschlüssig am Seitendeckel der Antriebseinheit befestigt sowie axial gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert. Der notwendige Freiraum für die Rastnasen kann dabei entweder durch einen umlaufenden Einstich in die angrenzende Randpartie der Mantelfläche der Antriebseinheit oder durch einen geringfügig im Durchmesser größer als die Antriebseinheit ausgebildeten Seitendeckel der Antriebseinheit geschaffen werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, in die Randpartie der Mantelfläche der Antriebseinheit nur örtliche Vertiefungen einzuarbeiten, die im gleichen Abstand wie die Rastnasen am Gehäusedeckel zueinander angeordnet sind und mindestens deren Breite aufweisen, so dass der Gehäusedeckel zusätzlich auch in Umfangsrichtung verdrehgesichert ist. Zur Vermeidung von Druckmittelleckagen an dieser Verbindungsstelle hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, zwischen die Stufe in der Umfangswand des Gehäusedeckels und den Seitendeckel der Antriebseinheit eine Ringdichtung aus Gummi oder Kunststoff einzulegen, die bei der Befestigung des Gehäusedeckels über die Rastnasen in seiner Umfangswand axial zwischen dem Gehäusedeckel und der Antriebseinheit verspannt wird. Möglich ist es jedoch auch, die Befestigung des Gehäusedeckels am Seitendeckel der Antriebseinheit als Presspassung auszulegen und somit die Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse und dem Seitendeckel ohne zusätzliches Dichtmittel radial gegen Druckmittelleckagen abzudichten.

Die hülsenförmige Gehäusenabe der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung weist dagegen in vorteilhafter Ausgestaltung eine Zylinderwand mit einem annähernd dem Innendurchmesser des Kreisdurchbruchs im Gehäusedeckel entsprechenden Außendurchmesser auf, die zur Arretierung der Gehäusenabe an der Abtriebseinheit an ihrer Stirnseite mit einer nach innen gerichteten Abwinkelung ausgebildet ist. Dadurch wird an der Gehäusenabe ein kreisringförmiger Boden gebildet, durch den eine in die Gehäusenabe eingesetzte Zentralschraube hindurchgeführt werden kann, mit der die Gehäusenabe zusammen mit der Abtriebseinheit der Vorrichtung an der Nockenwelle verschraubt wird. In ihrer axialen Länge ist die Gehäusenabe dabei derart ausgebildet, dass sie mit ihrer anderen Stirnseite geringfügig aus dem Kreisdurchbruch im Gehäusedeckel herausragt und diesen durch eine nach außen gerichtete Abwinkelung ihrer Randpartie verschließt. Da die Gehäusenabe durch ihre Befestigung an der Abtriebseinheit ein nockenwellenfestes Bauteil darstellt, kann diese aus dem Gehäusedeckel herausragende Randpartie in besonders vorteilhafter Weise zusätzlich zur Befestigung weiterer, für die Funktion der Vorrichtung notwendiger Bauteile genutzt werden, beispielsweise durch Verbindung mit einer Impulsgeberscheibe einer Einrichtung zur Feststellung der Nockenwellenposition gegenüber der Kurbelwellenposition od. dgl..

Ein weiteres Merkmal der hülsenförmigen Gehäusenabe der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist es, dass deren Zylinderwand teilweise als Hohlvierkant ausgebildet ist, auf welchem das komplementär ausgebildete innere Ende der Spiralfeder formschlüssig befestigt ist. Dies betrifft insbesondere den innerhalb des Ringraumes des Gehäuses angeordneten Teil der Zylinderwand der Gehäusenabe und bedeutet, dass das innere Ende der Spiralfeder bevorzugt derart geformt ist, dass es zumindest drei Seiten des Hohlvierkantes der Gehäusenabe umschließt und somit die Spiralfeder durch Formschluss drehfest auf der Gehäusenabe sowie über diese wiederum zur Abtriebseinheit der Vorrichtung arretiert. Der Durchmesser des hohlzylindrischen Teils der Gehäusenabe und die Seitenlänge des Hohlvierkantes der Gehäusenabe sind dabei bevorzugt identisch ausgebildet und entsprechen etwa dem Durchmesser des Schraubenkopfes der Zentralschraube, mit der die Gehäusenabe und die Abtriebseinheit an der Nockenwelle verschraubt sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Durchmesser der Gehäusenabe und die Seitenlänge des Hohlvierkantes mit unterschiedlichen Maßen auszubilden oder die Gehäusenabe mit einem anderen mehrkantigen Hohlprofilquerschnitt zu versehen, an dem das innere Ende der Spiralfeder dann zur formschlüssigen Befestigung auf der Gehäusenabe jeweils komplementär angepasst wird. Ebenso ist es auch möglich, die Gehäusenabe auf ihrer gesamten Länge hohlzylindrisch auszubilden und das in diesem Fall ohne zusätzliche Verformungen ausgebildete innere Ende der Spiralfeder durch eine Niet- oder Schraubverbindung od. dgl. kraftschlüssig an der Gehäusenabe zu befestigen.

Das äußere Ende der Spiralfeder ist dagegen in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung bevorzugt hakenförmig abgebogen ausgebildet und an einem axial wegragenden Aufhängungspunkt an der Antriebseinheit der Vorrichtung formschlüssig befestigt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, diesen Aufhängungspunkt für das äußere Ende der Spiralfeder durch ein ohnehin an der Antriebseinheit der Vorrichtung angeordnetes Bauteil, wie beispielsweise bei Rotationskolbenverstellern durch eine verlängerte Befestigungsschraube die Seitendeckel der Antriebseinheit zu bilden, wobei jedoch auch speziell für die Federbefestigung vorgesehene Aufhängungspunkte an der Antriebseinheit angeordnet werden können. Ebenso ist es hier möglich, dass äußere Ende der Spiralfeder ohne zusätzliche Verformungen auszubilden und durch eine Niet- oder Schraubverbindung od. dgl. kraftschlüssig an der Antriebseinheit der Vorrichtung zu befestigen.

Schließlich wird es als weiteres Merkmal der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung noch vorgeschlagen, dass die externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung über Spaltdichtungen zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit gezielt zu einem koaxialen Durchbruch im zum Gehäuse benachbarten Seitendeckel der Antriebseinheit abgeführt und von dort durch einen Ringspalt zwischen dem Durchbruch im Seitendeckel und der Außenseite der Gehäusenabe in den Ringraum des Gehäuses eingeleitet werden. Diese externen Druckmittelleckagen treten konstruktionsbedingt bei allen bekannten hydraulischen Vorrichtungen zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle auf, wobei der damit verbundene Volumen- und Druckverlust in den hydraulischen Druckräumen der Vorrichtung permanent über eine entsprechende Steuerung der Vorrichtung ausgeglichen wird. Dadurch ergibt sich im Betrieb der Brennkraftmaschine ein ständiger Leckagefluss, der zumindest bei ketten- oder zahnradgetriebenen Vorrichtungen üblicherweise direkt in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abgeleitet, bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung jedoch zunächst in dem zusätzlichen Gehäuse aufgefangen wird. Die aufgefangenen Druckmittelleckagen sind dabei völlig drucklos und strömen auf den beschriebenen Weg solange in das Gehäuse ein, bis der in diesem gebildete Ringraum vollständig befüllt und die Federwindungen der Spiralfeder allseitig von den Druckmittel umschlossen sind. Das zwischen den Federwindungen befindliche Druckmittel muss somit beim Aufschwingen der Feder permanent verdrängt werden und bewirkt durch seine Viskosität eine Bedämpfung der Federschwingungen. Durch einen weiteren Ringspalt zwischen dem Gehäusedeckel und der Gehäusenabe werden die Druckmittelleckagen dann in bekannter Weise wieder aus dem Gehäuse in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abgeleitet, wobei es alternativ auch möglich ist, die Zuführung und/oder die Abführung der Druckmittelleckagen in das und aus dem Gehäuse über eigens dafür vorgesehene Zu- und/oder Abflüsse zu realisieren.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil auf, dass die außerhalb der Vorrichtung vor einem der Seitendeckel an der Antriebseinheit angeordnete Spiralfeder durch Verkapselung mittels eines zusätzlichen Gehäuses, das mit den ohnehin vorhandenen Druckmittelleckagen der Vorrichtung befüllbar ist, nunmehr nicht mehr frei angeordnet sondern allseitig von dem hydraulischen Druckmittel der Vorrichtung umschlossen ist und somit in ihren aus Vibrationen der Brennkraftmaschine angeregten Resonanzschwingungen hydraulischen gedämpft wird. Dadurch werden die Schwingungsamplituden zuverlässig so niedrig gehalten, dass keine Spannungsüberhöhungen in den Federwindungen mehr auftreten und in jedem Fall ein Schwingungsbruch der Spiralfeder vermieden wird. Darüber hinaus hat sich eine derartige Dämpfung als dauerfest erwiesen und weist zusätzlich noch den Vorteil auf, dass die Funktion der Vorrichtung nicht beeinflusst wird und dass das zusätzliche Gehäuse keinerlei Veränderungen des vorhandenen Bauraumes für die Vorrichtung erfordert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und ist in den zugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt. Dabei zeigen:

Figur 1: eine Sprengdarstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung;
Figur 2: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung;
Figur 3: eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X nach Figur 2.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Figuren 1 und 2 geht deutlich eine Vorrichtung 1 zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine hervor, die beispielhaft als Flügelzellen-Verstelleinrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle ausgebildet und in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbar ist. Diese Vorrichtung 1 ist am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten, in den Zeichnungen nicht dargestellten Nockenwelle befestigt und besteht im Wesentlichen aus einer mit einer ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit 4 sowie aus einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebseinheit 5.

Insbesondere durch die in Figur 1 gezeigte Sprengdarstellung der Vorrichtung 1 wird dabei ersichtlich, dass die Antriebseinheit 4 durch ein von zwei Seitendeckeln 2, 3 axial begrenztes und mit einer äußeren Verzahnung ausgebildetes Antriebsrad gebildet wird, in welchem durch mehrere nicht näher bezeichnete Zwischenwände mehrere hydraulische Arbeitsräume entstehen. Die Abtriebseinheit 5 der Vorrichtung 1 wird dagegen deutlich sichtbar durch ein in die Antriebseinheit 4 einsetzbares Flügelrad gebildet, welches mit mehreren sich radial von dessen Radnabe wegerstreckenden, ebenfalls nicht näher bezeichneten Flügeln ausgebildet ist. Diese Flügel unterteilen die Arbeitsräume in der Antriebseinheit 4 in jeweils zwei gegeneinander wirkende hydraulische Druckkammern 6, 7, über welche die Antriebseinheit 4 und die Abtriebseinheit 5 der Vorrichtung 1 durch wechselweise oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel miteinander in Kraftübertragungsverbindung stehen. Die Druckbeaufschlagung der Druckkammern 6, 7 bewirkt somit eine Relativverdrehung oder eine hydraulischen Einspannung der Abtriebseinheit 5 gegenüber der Antriebseinheit 4 bzw. der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, wobei zwischen der Antriebseinheit 4 und der Abtriebseinheit 5 konstruktionsbedingte Druckmittelleckagen entstehen, die aus der Vorrichtung 1 abgeführt und ständig ausgeglichen werden.

Zusätzlich weist die Vorrichtung 1 zur Angleichung ihrer Verstellgeschwindigkeiten in beide Verstellrichtungen sowie zum Erreichen einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugen Stellung der Abtriebseinheit 5 ein entgegen den Nockenwellen-Wechselmomenten wirkendes Federmittel auf, welches in Figur 1 deutlich sichtbar als außerhalb der Vorrichtung 1 vor dem Seitendeckel 2 der Antriebseinheit 4 angeordnete sowie mit einem Ende 9 an der Antriebseinheit 4 und mit dem anderen Ende 10 an der Abtriebseinheit 5 befestigte Spiralfeder 8 ausgebildet ist.

Da die außerhalb der Vorrichtung 1 angeordnete Spiralfeder 8 durch von der Brennkraftmaschine ausgehende Vibrationen zu Resonanzschwingungen angeregt wird, die durch weiteres Aufschwingen bis zum Bruch der Spiralfeder 8 führen können, ist diese, wie in den Figuren 2 und 3 zu sehen ist, erfindungsgemäß einem geschlossenen Ringraum 12 angeordnet, der durch Verkapselung der Spiralfeder 8 mittels eines besonders deutlich in Figur 1 dargestellten zusätzlichen Gehäuses 11 gemeinsam mit dem angrenzenden Seitendeckel 2 der Antriebseinheit 4 entsteht. In diesem geschlossenen Ringraum 12 werden die externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung 1 zunächst solange aufgefangen, bis das hydraulische Druckmittel im Zusammenwirken mit den im Betrieb der Brennkraftmaschine wirkenden Zentrifugalkräften den Ringraum 12 im Gehäuse 11 von radial außen nach radial innen vollständig befüllt und anschließend als Druckmittelleckage aus diesem wieder abgeführt wird. Bei vollständig befüllten Ringraum 12 werden somit die Federwindungen 13 der Spiralfeder 8 allseitig mit dem hydraulischen Druckmittel umschlossen, so dass die ohnehin vorhandenen Druckmittelleckagen der Vorrichtung 1 als Dämpfungsmittel gegen die aus Vibrationen der Brennkraftmaschine resultierenden Resonanzschwingungen der Spiralfeder 8 wirken.

In konkreter Ausführung besteht das zusätzliche Gehäuse 11 deshalb, wie in Figur 1 abgebildet, aus einem tassenförmigen Gehäusedeckel 14 mit einem in dessen Boden 15 eingearbeiteten koaxialen Kreisdurchbruch 16 und aus einer in diesen Kreisdurchbruch 16 einsteckbaren Gehäusenabe 17.

Der tassenförmige Gehäusedeckel 14 weist dabei eine in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 18 bezifferte Umfangswand auf, die rechtwinklig zu dessen Boden 15 abgewinkelt ist und einen annähernd dem Außendurchmesser des benachbarten Seitendeckels 2 der Antriebseinheit 4 entsprechenden Innendurchmesser aufweist. Über eine verlängerte Randpartie 19 dieser Umfangswand 18 ist der Gehäusedeckel 14 dann am Seitendeckel 2 der Antriebseinheit 4 arretierbar, indem dieser mit einer durchmesserverringerten umlaufenden Stufe 20 in seiner Umfangswand 18 am Seitendeckel 2 zentriert und durch mehrere in der Randpartie 19 der Umfangswand 18 gleichmäßig umfangsverteilte sowie den Seitendeckel 2 hintergreifende Rastnasen 21 an diesem formschlüssig befestigt wird. Der notwendige Freiraum für die Rastnasen 21 wird dabei durch einen umlaufenden Einstich 31 in die angrenzende Randpartie der Mantelfläche der Antriebseinheit 4 geschaffen.

Die hülsenförmige Gehäusenabe 17 weist dagegen, wie ebenfalls aus Figur 2 hervorgeht, eine Zylinderwand 22 mit einem annähernd dem Innendurchmesser des Kreisdurchbruchs 16 im Gehäusedeckel 14 entsprechenden Außendurchmesser auf, die zur Arretierung der Gehäusenabe 17 an der Abtriebseinheit 5 an ihrer einen Stirnseite 24 mit einer nach innen gerichteten Abwinkelung 23 ausgebildet ist. Durch den dadurch gebildeten kreisringförmigen Boden wird dann eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Zentralschraube hindurchgeführt, mit der die Gehäusenabe 17 zusammen mit der Abtriebseinheit 5 der Vorrichtung 1 an der Nockenwelle verschraubt wird. Mit ihrer anderen Stirnseite 26 ragt die Gehäusenabe 17 dabei geringfügig aus dem Kreisdurchbruch 16 im Gehäusedeckel 14 heraus und verschließt diesen durch eine nach außen gerichtete, nicht näher bezeichnete Abwinkelung ihrer Randpartie.

In den Figuren 1 und 2 ist darüber hinaus noch ersichtlich, dass die Zylinderwand 22 der Gehäusenabe 17 innerhalb des Ringraumes 12 im Gehäuse 11 als Hohlvierkant 25 ausgebildet ist, auf welchem das komplementär ausgebildete innere Ende 10 der Spiralfeder 8 formschlüssig befestigt ist. Zu diesem Zweck ist das innere Ende 10 der Spiralfeder 8 derart geformt, dass es, wie in Figur 1 abgebildet, an allen vier Seiten des Hohlvierkantes 25 der Gehäusenabe 17 anliegt und somit die Spiralfeder 8 durch Formschluss verdrehfest auf der Gehäusenabe 17 arretiert. Dabei sind der Durchmesser des hohlzylindrischen Teils der Gehäusenabe 17 und die Seitenlänge des Hohlvierkantes 25 der Gehäusenabe 17 identisch ausgebildet und entsprechend etwa dem Durchmesser des Schraubenkopfes der Zentralschraube, mit der die Gehäusenabe 17 und die Abtriebseinheit 5 an der Nockenwelle verschraubt sind. Das äußere Ende 9 der Spiralfeder 8 ist dagegen, wie ebenfalls in Figur 1 gezeigt wird, hakenförmig abgebildet und an einem axial wegragenden Aufhängungspunkt an der Antriebseinheit 4, der bei der abgebildeten Vorrichtung 1 durch eine verlängerte Befestigungsschraube 27 für die Seitendeckel 2, 3 gebildet wird, formschlüssig befestigt.

Durch die vergrößerte Darstellung der Einzelheit X in Figur 3 wird schließlich noch deutlich, dass die externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung 1 über nicht näher bezeichnete Spaltdichtungen zwischen der Antriebseinheit 4 und der Abtriebseinheit 5 gezielt zu einem koaxialen Durchbruch 28 im zum Gehäuse 11 benachbarten Seitendeckel 2 der Antriebseinheit 4 abführbar sind, wo sie durch einen Ringspalt 29 zwischen dem Durchbruch 28 und der Gehäusenabe 17 in den Ringraum 12 des Gehäuses 11 eingeleitet werden. Ist der Ringraum 12 dann vollständig mit den Druckmittelleckagen befüllt und sind alle Federwindungen 13 der Spiralfeder 8 von den hydraulischen Druckmittel umschlossen, werden durch dieses auftretende Resonanzschwingung der Spiralfeder 8 gedämpft und das weiter nachlaufende Druckmittel wird durch einen weiteren Ringspalt 30 zwischen den Gehäusedeckel 14 und der Gehäusenabe 17 aus dem Ringraum 12 als Druckmittelleckage abgeführt.

Bezugszahlenliste

1: Vorrichtung
2: Seitendeckel
3: Seitendeckel
4: Antriebseinheit
5: Abtriebseinheit
6: Druckkammer
7: Druckkammer
8: Spiralfeder
9: das eine Ende
10: das andere Ende
11: Gehäuse
12: Ringraum
13: Federwindungen
14: Gehäusedeckel
15: Boden
16: Kreisdurchbruch
17: Gehäusenabe
18: Umfangswand
19: Randpartie
20: Stufe
21: Rastnasen
22: Zylinderwand
23: Abwinkelung
24: die eine Stirnseite
25: Hohlvierkant
26: die andere Stirnseite
27: Befestigungsschraube
28: Durchbruch
29: Ringspalt
30: weiterer Ringspalt
31: Einstieg

Claims

Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, mit folgenden Merkmalen:

die Vorrichtung (1) ist am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle angeordnet und im Wesentlichen als in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuerbarer hydraulischer Stellantrieb ausgebildet,

die Vorrichtung (1) besteht aus einer mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden und axial von zwei Seitendeckeln (2, 3) begrenzten Antriebseinheit (4) sowie aus einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen und in die Antriebseinheit (4) eingesetzten Abtriebseinheit (5),

die Antriebseinheit (4) der Vorrichtung (1) steht mit der Abtriebseinheit (5) der Vorrichtung (1) über mindestens zwei innerhalb der Vorrichtung (1) gebildete, wechselweise oder gleichzeitig mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbare Druckkammern (6, 7) in Kraftübertragungsverbindung,

die Druckbeaufschlagung der Druckkammern (6, 7) erfolgt unter ständigem Ausgleich externer Druckmittelleckagen und bewirkt eine Relativverdrehung oder eine hydraulische Einspannung der Abtriebseinheit (5) gegenüber der Antriebseinheit (4) der Vorrichtung (1),

zur Angleichung der Verstellgeschwindigkeiten der Vorrichtung (1) in beide Verstellrichtungen sowie zum Erreichen einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Stellung der Abtriebseinheit (5) zur Antriebseinheit (4) weist die Vorrichtung (1) ein Federmittel auf,

das Federmittel ist als außerhalb der Vorrichtung (1) vor einem der Seitendeckel (2 oder 3) der Antriebseinheit (4) angeordnete Spiralfeder (8) ausgebildet, die mit einem Ende (9) an der Antriebseinheit (4) sowie mit dem anderen Ende (10) an der Abtriebseinheit (5) befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die außerhalb der Vorrichtung (1) angeordnete Spiralfeder (8) durch Verkapselung mittels eines zusätzlichen Gehäuses (11) in einem gemeinsam mit dem angrenzenden Seitendeckel (2) der Antriebseinheit (4) gebildeten, geschlossenen Ringraum (12) angeordnet ist,

welcher im Zusammenwirken mit den im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Zentrifugalkräften vollständig mit den externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung (1) befüllbar und aus dem das hydraulische Druckmittel als Leckage wieder abführbar ist,

wobei bei vollständig befülltem Ringraum (12) das hydraulische Druckmittel zugleich als Dämpfungsmittel gegen die aus Vibrationen der Brennkraftmaschine resultierenden Resonanzfrequenzen der Federwindungen (13) der Spiralfeder (8) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

das zusätzliche Gehäuse (11) bevorzugt aus einem tassenförmigen Gehäusedeckel (14) mit einem in dessen Boden (15) eingearbeiteten koaxialen Kreisdurchbruch (16) und aus einer in diesen Kreisdurchbruch (16) einsteckbaren hülsenförmigen Gehäusenabe (17) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

der tassenförmige Gehäusedeckel (14) bevorzugt eine Umfangswand (18) mit einem annähernd dem Außendurchmesser des benachbarten Seitendeckels (2) der Antriebseinheit (4) entsprechenden Innendurchmesser aufweist und über eine verlängerte Randpartie (19) der Umfangswand (18) an diesem Seitendeckel (2) arretierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

der Gehäusedeckel (14) mit einer durchmesserverringerten umlaufenden Stufe (20) in seiner Umfangswand (18) am Seitendeckel (2) der Antriebseinheit (4) zentriert und durch mehrere in der Randpartie (19) der Umfangswand (18) gleichmäßig umfangsverteilte sowie den Seitendeckel (2) hintergreifende Rastnasen (21) an diesem formschlüssig befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die hülsenförmige Gehäusenabe (17) bevorzugt eine Zylinderwand (22) mit einem annähernd dem Innendurchmesser des Kreisdurchbruchs (16) im Gehäusedeckel (14) entsprechenden Außendurchmesser aufweist und mit einer radial nach innen gerichteten Abwinkelung (23) ihrer einen Stirnseite (24) an der Abtriebseinheit (5) arretierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

die Gehäusenabe (17) über ihre stirnseitige Abwinkelung (23) durch eine Zentralschraube zusammen mit der Abtriebseinheit (5) an der Nockenwelle verschraubt und deren Zylinderwand (22) teilweise als Hohlvierkant (25) ausgebildet ist, auf welchem das komplementär ausgebildete innere Ende (10) der Spiralfeder (8) formschlüssig befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

das äußere Ende (9) der Spiralfeder (8) bevorzugt hakenförmig abgebogen ausgebildet und an einem axial wegragenden Aufhängungspunkt an der Antriebseinheit (4), beispielsweise an einer verlängerten Befestigungsschraube (27) für die Seitendeckel (2, 3) der Antriebseinheit (4) od. dgl., formschlüssig befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung (1) über Spaltdichtungen zwischen der Antriebseinheit (4) und der Abtriebseinheit (5) gezielt zu einem koaxialen Durchbruch (28) im zum Gehäuse (11) benachbarten Seitendeckel (2) der Antriebseinheit (4) abführbar sind,

und durch einen Ringspalt (29) zwischen dem Durchbruch (28) und der Gehäusenabe (17) in den Ringraum (12) des Gehäuses (11) einleitbar sowie durch einen weiteren Ringspalt (30) zwischen dem Gehäusedeckel (14) und der Gehäusenabe (17) aus diesem wieder ableitbar sind.