WO2011061219A1

WO2011061219A1 - Schaltbare vorrichtung zur druckversorgung

Info

Publication number: WO2011061219A1
Application number: PCT/EP2010/067662
Authority: WO
Inventors: Mathias Boegershausen; Michael Busse; Eduard Golovatai-Schmidt; Andreas Strauss
Original assignee: Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-05-26
Also published as: DE102009054052A1; CN102612591B; DE102009054052B4; US20120227691A1; CN102612591A; US8752518B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Vorrichtung zur Druckversorgung mindestes eines Verbrauchers einer Brennkraftmaschine, welche umfasst: einen innerhalb einer Nockenwelle geformten Hohlraum; ein im Hohlraum angeordnetes Verlagerungselement, das zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung verlagerbar ist, wobei das Verlagerungselement mit einer Druckfläche versehen ist, die gemeinsam mit einer Wand des Hohlraums einen mit dem Verbraucher fluidleitend verbindbaren Vorratsraum zumindest teilweise begrenzt, wobei der Vorratsraum mit einer Druckquelle fluidleitend verbindbar ist; einen mit dem Verlagerungselement zusammenwirkenden Kraftspeicher, wobei das Verlagerungselement durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums gegen die Kraft des Kraftspeichers von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung verlagerbar ist;einen Verriegelungsmechanismus, durch den das Verlagerungselement in der zweiten Endstellung arretierbar ist; einen durch einen Aktuator betätigten Schaltmechanismus mit einem in wenigstens zwei Schaltstellungen bringbaren Schaltelement, das mit dem Verriegelungsmechanismus so zusammenwirkt, dass die Arretierung des Verlagerungselements in einer ersten Schaltstellung beibehalten und in einer zweiten Schaltstellung gelöst wird.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Schaltbare Vorrichtung zur Druckversorgung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Brennkraftmaschinen und betrifft eine in einen Hohlraum einer Nockenwelle integrierte, schaltbare Vorrichtung zur Druckversorgung von Verbrauchern einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik

Aus der Patentschrift EP 1 197641 A2 ist ein Druckspeicher zum Unterstützen einer hydraulisch verstellbaren Nockenwelle bekannt, bei dem der Fluss von Hydraulikflüssigkeit in oder aus dem Druckspeicher durch Verwendung unterschiedlicher Magnetventile gesteuert wird.

Weiterhin ist ein Druckspeicher mit separatem Gehäuse aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102007056684 A1 der Anmelderin bekannt.

Aufgabe der Erfindung

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, herkömmliche Druckspeicher zur Druckversorgung von Verbrauchern in Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise weiterzubilden.

Lösung der Aufgabe

Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine schaltbare Vorrichtung zur Druckversorgung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Erfindungsgemäß ist eine schaltbare Vorrichtung zur Druckversorgung (schalt- barer Druckspeicher) mindestens eines Verbrauchers einer Brennkraftmaschine gezeigt. Bei dem Verbraucher kann es sich insbesondere um einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verstellung der Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle handeln. Denkbar ist jedoch auch, dass die Vorrichtung beispielsweise bei einer elektrohydraulischen Ventilbetätigungsvorrichtung der Brennkraftmaschine eingesetzt wird.

Die Vorrichtung zur Druckversorgung umfasst einen innerhalb einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine geformten Hohlraum und ein im Hohlraum angeordnetes Verlagerungselement, das zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung verlagerbar ist. Das Verlagerungselement weist eine Druckfläche auf, die gemeinsam mit einer Wand des Hohlraums einen mit dem Verbraucher fluidleitend verbindbaren oder verbundenen Vorratsraum zumindest teilweise begrenzt. Der Vorratsraum ist mit einer Druck- bzw. Druckmittelquelle fluidleitend verbindbar oder verbunden. Beispielsweise ist der Vorrats- räum an den Schmierölkreis der Brennkraftmaschine angeschlossen, wobei eine Ölpumpe als Druckquelle dient und Öl des Schmierölkreises als Druckmittel verwendet wird. Das Verlagerungselement kann beispielsweise in Form eines Kolbens mit einer stirnseitigen Druckfläche ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin einen Kraftspeicher, der mit dem Verlagerungselement so zusammenwirkt, dass das Verlagerungselement durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums gegen die Kraft des Kraftspeichers von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung verlagert werden kann. Der Kraftspeicher ist beispielsweise als Federelement, insbesondere in Form einer Druckfeder, ausgebildet, wobei auch jeder andere geeignete Federtyp eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin einen Verriegelungsme- chanismus, durch den das Verlagerungselement in der zweiten Endstellung, in der der Kraftspeicher gespannt ist, lösbar verriegelt werden kann. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen durch einen Aktuator betätigten Schaltmechanismus mit einem Schaltelement, das in wenigstens zwei Schaltstellungen gebracht werden kann, wobei das Schaltelement so mit dem Verriegelungsmechanismus zusammenwirkt, dass die Verriegelung des Verlagerungselements in einer ersten Schaltstellung beibehalten und in einer zweiten Schaltstellung gelöst wird. In vorteilhafter Weise ist das Schaltelement durch einen von der Nockenwelle drehentkoppelten Aktuator zwischen den beiden Schaltstellungen verlagerbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht bei vergleichsweise geringem Bauraumbedarf eine zuverlässige und sichere Druckversorgung von Verbrauchern einer Brennkraftmaschine, die unabhängig vom Druck im Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Vorratsraum unter Zwischenschaltung mindestens einer Auslaufsicherung mit der Druckquelle und dem Verbraucher fluidleitend verbindbar oder verbunden. Die Auslaufsicherung ist so ausgebildet, dass sie den Durchfluss von mit Druck beaufschlagtem Druckmittel ermöglicht, wohingegen sie den Durchfluss von nicht mit Druck beaufschlagtem, lediglich dem hydrostatischen Druck un- terliegendem Druckmittel sperrt. Somit kann durch die Auslaufsicherung ein Auslaufen des Vorratsraums bei Fehlen einer Druckspeisung durch die Druckquelle, beispielsweise bei fehlender Förderung der Ölpumpe, verhindert werden. Die Auslaufsicherung kann als Begrenzung des Vorratsraums dienen und kann insbesondere einen Anschlag für das Verriegelungselement in der zwei- ten Schaltstellung bilden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst sie einen mit der Nockenwelle starr verbundenen Kugelträger, der das Schaltelement umgibt. Der Kugelträger weist eine Mehrzahl Öffnungen auf, in denen jeweils eine Kugel radial frei beweglich aufgenommen ist. Dabei werden die Kugeln von einer vom Schaltelement geformten Stützfläche radial gestützt.

Bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung weiterhin ein mit dem Verlagerungselement starr verbundenes Verriegelungselement, das mit einem Verriegelungsabschnitt versehen ist, der in zweiter Endstellung des Verlagerungselements in Eingriff mit den Kugeln gelangt, beispielsweise indem er diese hintergreift, um hierdurch das Verlagerungselement an der Nockenwelle zu arretieren. Andererseits gelangt das Verriegelungselement in erster Endstellung des Verlagerungskörpers nicht in Eingriff mit den Kugeln, so dass das Verlagerungselement nicht verriegelt ist. Bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung ist des Weiteren ein erstes Rückstellelement vorgesehen, das so angeordnet ist, dass das Schaltelement gegen die Kraft des ersten Rückstellelements durch den Aktuator von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung relativ zum Kugelträger verlagerbar ist. Das erste Rückstellelement ist beispielsweise als Federelement, insbesondere in Form einer Druckfeder, ausgebildet, wobei auch jeder andere geeignete Federtyp einsetzbar ist.

Bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Stützfläche des Schaltelements mit zumindest einer den Kugeln zugeordneten Ausnehmung versehen, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass die Kugeln in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements in der Ausnehmung zumindest teilweise aufgenommen werden können, so dass der Verriegelungsabschnitt außer Eingriff mit den Kugeln gelangt und die Arretierung des Verlagerungselements gelöst wird. Andererseits werden die Kugeln von der Ausnehmung der Stützfläche in der ersten Schaltstellung des Schaltelements nicht aufgenommen, so dass die Verriegelung des Verlagerungselements beibehalten wird. Diese Maßnahmen ermöglichen eine technisch besonders einfache Realisierung des Verriegelungs- und Schaltmechanismus, wobei sich die Vorrichtung zur Druckversorgung durch ein besonders gutes Ansprechverhalten auszeichnet.

In obiger Ausgestaltung der Erfindung kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn ein Stülpelement vorgesehen ist, das durch das Verlagerungselement gegen die Kraft eines zweiten Rückstellelements verlagerbar ist, wobei das Stülpelement so ausgebildet ist, dass es sich in der ersten Endstellung des Verlage- rungselements um die Kugeln zu deren radialen Lagesicherung stülpt und diese in der zweiten Endstellung freigibt. Durch das Stülpelement wird somit eine Verliersicherung für die Kugeln geschaffen, wenn diese nicht in Eingriff mit dem Verriegelungsabschnitt des Verriegelungselements sind. Das zweite Rückstellelement ist beispielsweise als Federelement, insbesondere in Form einer Druckfeder, ausgebildet, wobei auch jeder andere geeignete Federtyp einsetzbar ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckversorgung ist diese mit einem die Nockenwelle nach außen hin verschließenden Verschlusselement versehen, an dem sich der Kraftspeicher des Verlagerungselements abstützt. Das Verschlusselement kann dabei insbesondere zur Lagesicherung des Kraftspeichers dienen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung ist die Druckquelle über ein in Richtung zur Druckquelle sperrendes Rückschlagventil mit dem Verbraucher und dem Vorratsraum fluidleitend verbindbar bzw. verbunden.

Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Brennkraftmaschine, die mit zumindest einer wie oben beschriebenen schaltbaren Vorrichtung zur Druckversorgung mindestens eines Verbrauchers ausgerüstet ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den Zeichnungen mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Axialschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckversorgung;

Fig.2 eine schematische Übersichtsdarstellung, anhand derer der An- schluss der Vorrichtung zur Druckversorgung von Fig. 1 an den Schmierölkreis einer Brennkraftmaschine veranschaulicht ist; Fig.3 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1 mit verriegeltem Schaltelement der Vorrichtung zur Druckversorgung;

Fig.4 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1 mit frei gegebenem

Schaltelement der Vorrichtung zur Druckversorgung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Seien zunächst Fig. 1 und Fig. 2 betrachtet, worin ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckversorgung von Verbrauchern einer Brennkraftmaschine, sowie der Anschluss der Vorrichtung an den Schmierölkreis einer Brennkraftmaschine veranschaulicht sind. Die insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Vorrichtung umfasst einen innerhalb einer Nockenwelle 2 geformten Hohlraum 3, in dem ein in Form eines hohlen Kolbens 4 ausgebildetes Verlagerungselement aufgenommen ist. Die hier beispielsweise gebaute Nockenwelle 2 kann um eine zentrale Drehachse 7 gedreht werden. Gleichermaßen wäre jedoch auch denkbar, dass die Nockenwelle 2 im Schmiedeverfahren hergestellt ist. In den Hohlraum 3 der Nockenwelle 2 ist ein in Form eines Stufenzylinders ausgebildeter Verschlusskörper 5 eingepresst, der sich von einem Ende der Nockenwelle 2 her in den Hohlraum 3 hinein erstreckt. Er kann in einen endständigen ersten Abschnitt 8 mit größerem Durchmesser und einen sich daran anschließenden zweiten Abschnitt 9 mit kleinerem Durchmesser unterteilt werden, wodurch sich eine Ringstufe 10 des Verschlusskörpers 5 ergibt. An der Ringstufe 10 des Verschlusskörpers 5 stützt sich eine als Kraftspeicher dienende Kraftspeicherfeder (Schraubendruckfeder) 1 1 mit ihrem einen Ende ab, welche mit ihrem anderen Ende dem Kolben 4 anliegt.

Der mit der Nockenwelle 2 fest verbundene Verschlusskörper 5 ist mit einer zentralen Axialbohrung 6 versehen, in der eine Schaltstange 12 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Schaltstange 12 kann durch einen an einem Ende der Nockenwelle 2 angeordneten, elektromagnetischen Aktuator 17 betä- tigt werden, wobei zu diesem Zweck ein Stößel 19 an einer stirnseitigen Stoßfläche 18 der Schaltstange 12 angreift. Die Schaltstange 12 ist Teil eines Schaltmechanismus zum Lösen eines Verriegelungsmechanismus für den Kolben 4, welcher weiter unten in Verbindung mit Fig. 3 und Fig. 4 näher erläutert wird.

Der Kolben 4 weist eine stirnseitige Druckfläche 13 auf, die gemeinsam mit einer (Innen-)Wand 14 des Hohlraums 3 der Nockenwelle 2 und einer Auslaufsicherung 16 einen Vorratsraum 15 für Drucköl 28 begrenzt. Gegenüberliegend zum Aktuator 17 ist ein hydraulischer Nockenwellenverstel- ler 21 beispielsweise mittels einer (nicht dargestellten) Zentralschraube an der Stirnseite der Nockenwelle 2 befestigt. Wie üblich umfasst der hydraulische Nockenwellenversteller 21 ein über ein Antriebsrad mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil und ein nockenwellenfestes Ab- triebsteil, sowie einen zwischen An- und Abtriebsteil geschalteten hydraulischen Stellantrieb, welcher das Drehmoment vom An- auf das Abtriebsteil ü- berträgt und eine Verstellung und Fixierung der Drehlage zwischen diesen ermöglicht. Der hydraulische Stellantrieb ist mit wenigstens einem gegeneinan- der wirkenden Druckkammerpaar versehen, das gezielt mit Drucköl beaufschlagbar ist, um durch Erzeugen eines Druckgefälles über die beiden Druckkammern eine Änderung der Drehlage zwischen An- und Abtriebsteil herbeizuführen. Hydraulische Nockenwellenversteller als solche sind dem Fachmann wohlbekannt und beispielsweise in den Druckschriften DE 202005008264 U1 , EP 1596040 A2, DE 102005013141 A1 , DE 19908934 A1 und WO 2006/039966 der Anmelderin eingehend beschrieben, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Wie Fig. 2 entnommen werden kann, sind der hydraulische Nockenwellenversteller 21 und der Vorratsraum 15 über eine gemeinsame Druckleitung 24 mit einer in Form einer Ölpumpe 22 ausgebildeten Druck- bzw. Druckmittelquelle fluidleitend verbunden. Durch die Ölpumpe 22 kann Drucköl 28 aus einem Öltank 23 zum Nockenwellenversteller 21 und Vorratsraum 15 befördert werden. Ein in der Druckleitung 24 angeordnetes Rückschlagventil 25, das in Richtung zur Ölpumpe 22 sperrt, verhindert ein Rückläufen von Drucköl bei verminderter bzw. fehlender Förderleistung der Ölpumpe 22.

In der Zentralschraube zur Befestigung des Nockenwellenverstellers 21 an der Nockenwelle 2 ist ein nicht näher dargestelltes Steuerventil zur Steuerung der Ölströme angeordnet, durch das die Druckkammern des Nockenwellenverstellers 21 über Ölpfade 26 wahlfrei mit der Ölpumpe 22 oder über eine (nicht dargestellte) Ölleitung mit dem Öltank 23 fluidleitend verbunden werden können. Derartige Steuerventile sind dem Fachmann als solche wohlbekannt und bei- spielsweise in dem deutschen Patent DE 19727180 C2, dem deutschen Patent DE 19616973 C2, der europäischen Patentanmeldung EP 1 596 041 A2 und der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 39 207 A1 der Anmelderin eingehend beschrieben, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Der Vorratsraum 15 ist über einen Verbindungsraum 67 mit dem Steuerventil des Nockenwellenverstellers 21 fluidleitend verbunden. Die Ölpfade 26 sind über entsprechende Druckkanäle 68 mit der Druckleitung 24 fluidleitend verbunden. In der Brennkraftmaschine sind weitere Verbraucher 27 an den Schmieröl kreis angeschlossen, wie Abstützelemente und eine Nockenwellenlagerung, welche mit Drucköl 28 versorgt werden müssen.

Der Kolben 4 kann durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums 15 entgegen der Federkraft der Kraftspeicherfeder 1 1 verschoben werden, wie in Fig. 2 durch die Pfeile veranschaulicht ist. Hierbei wird Drucköl 28 durch die Ölpumpe 22 über die Druckleitung 24 in den Vorratsraum 15 gefördert, wobei das Druck- öl 28 die Auslaufsicherung 16 passiert, die für druckbeaufschlagtes Drucköl 28 durchlässig ist. Dabei wird der Kolben 4 von einer ersten Endlage in eine zweite Endlage verschoben, in der die Kraftspeicherfeder 1 1 gespannt bzw. bei Vorliegen einer Vorspannung stärker gespannt wird. Durch eine Mehrzahl Ringdichtungen 29 ist der Vorratsraum 15 nach außen hin öldicht verschlos- sen.

In der zweiten Endlage kann der Kolben 4 durch einen Verriegelungsmechanismus arretiert werden. Der Verriegelungsmechanismus wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3, einer vergrößerten Axialschnittansicht der Vorrichtung 1 mit verriegeltem Kolben 4, näher erläutert. So umfasst der Verriegelungsmechanismus einen in einen hülsenförmigen Endabschnitt 30 des Verschlusskörpers 5 eingepressten hülsenförmigen Kugelträger 31 , der eine Mehrzahl in Umfangsrichtung verteilt angeordneter, radialer Bohrungen 32 aufweist, in denen jeweils eine Kugel 33 aufgenommen ist. Dabei haben die Bohrungen 32 jeweils einen größeren Durchmesser als die Kugeln 33, so dass diese in den Bohrungen 32 radial frei beweglich sind. Der Kugelträger 31 ist auf seiner vom Verschlusskörper 5 abgewandten Seite mit einer Stirnfläche 58 versehen.

Weiterhin ist in einen Hohlraum 35 des Kugelträgers 31 ein Hülsenkörper 36 eingepresst, der mit einer vom Kolben 4 abgewandten, ersten Stirnfläche 59 einem Absatz 39 des Verschlusskörpers 5 anliegt, wobei Öldichtigkeit durch eine zwischenliegende Ringdichtung 29 sichergestellt ist. Eine gegenüberlie- gende zweite Stirnfläche 60 des Hülsenkörpers 36 formt einen Endanschlag für einen mit der Schaltstange 12 starr verbundenen Schaltpin 37.

Eine Außenmantelfläche 41 des Schaltpins 37 ist mit einer im Axialschnitt ku- gelschalenförmigen Ringnut 38 versehen, die den Kugeln 33 zugeordnet ist. An seinem vom Hülsenkörper 36 abgewandten Ende ist der Schaltpin 37 mit einem hülsenförmigen Endabschnitt 42 versehen, in dem eine Rückstellfeder 43 aufgenommen ist. Die Rückstellfeder 43 stützt sich mit ihrem einen Ende an einer vom Schaltpin 37 geformten Ringstufe 46 und mit ihrem anderen Ende an ei- nem Stempel 44 ab. In der in Fig. 3 dargestellten Arretierposition des Kolbens 4 liegt der Stempel 44 einer Innenfläche 34 des Kolbens 4 an. Durch einen Sprengring 45 ist der Stempel 44 gegen Herausfallen aus dem Endabschnitt 42 des Schaltpins 37 gesichert. Weiterhin ist auf einer Außenmantelfläche 40 des Kugelträgers 31 ein zumindest annähernd hülsenförmiger Stülpkörper 47 axial bewegbar zum Kugelträger 31 angeordnet. Der Stülpkörper 47 wird von einer Stülpfeder 49, die hier beispielsweise als Druckfeder ausgebildet ist, beaufschlagt. Zu diesem Zweck stützt sich die Stülpfeder 49 mit einem Ende an einer Stirnfläche 62 des Ver- Schlusskörpers 5 und mit ihrem anderen Ende an einer Ringstufe 48 des Stülpkörpers 47 ab, so dass der Stülpkörper 47 durch die Federkraft der Stülpfeder 49 in Richtung des Schaltpins 37 beaufschlagt wird. Der beispielsweise aus Stahlblech gefertigte Stülpkörper 47 ist mit einem Stülpabschnitt 50 versehen, der sich in der in Fig. 3 gezeigten Arretierposition über die Kugeln 33 stülpt und somit als Verliersicherung dient. In der in Fig. 4 gezeigten nicht-arretierten Position des Kolbens 4 gibt der Stülpabschnitt 50 die Kugeln 33 frei.

Der Kolben 4 ist mit einem hülsenförmigen Verriegelungskörper 53 verbunden. Der Verriegelungskörper 53 ist zu diesem Zweck mit einem radial abstehenden Kragen 54 versehen, der durch den Kraftspeicher 1 1 gegen einen Absatz 52 des Kolbens 4 gedrückt wird, so dass der Verriegelungskörper 53 kraftschlüssig mit dem Kolben 4 verbunden ist. Der Verriegelungskörper 53 weist einen Verriegelungsabschnitt 55 mit einer radial nach innen gerichteten Ringwulst 56 auf, durch die eine Vertiefung 57 gebildet wird.

Wird nun der Vorratsraum 15, ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten nicht- verriegelten Position, mit Drucköl beaufschlagt, so wird der Kolben 4 über seine Druckfläche 13 gegen die Federkraft des Kraftspeichers 1 1 verschoben. Dabei gelangt eine Stirnfläche 61 des Verriegelungskörpers 53 zur Anlage gegen eine erste Stirnfläche 63 des Stülpkörpers 47 und verschiebt diesen gegen die Federkraft der Stülpfeder 49 bis sich die Kugeln 33 im Bereich der Vertie- fung 57 befinden. Zudem gelangt die Innenfläche 34 zur Anlage gegen eine Stirnfläche 65 des Stempels 44, wodurch der Schaltpin 37 beaufschlagt durch die Rückstellfeder 43 in der gleichen Richtung wie der Kolben 4 verschoben wird. Dabei werden die Kugeln 33 aus der Ringnut 38 des Schaltpins 37 in die Vertiefung 57 hinein gedrückt. Diese Bewegung der Kugeln 33 wird durch die Fliehkraft der sich drehenden Nockenwelle 2 unterstützt. Die Kugeln 33 liegen dann der Außenmantelfläche 41 des Schaltpins 37 an, wobei die Ringwulst 56 die Kugeln 33 hintergreift. Eine vom Stempel 44 abgewandte Stirnfläche 66 des Schaltpins 37 gelangt dabei zur Anlage gegen die zweite Stirnfläche 60 des Hülsenkörpers 36, die somit als Anschlag für den Schaltpin 37 dient. Über den Schaltpin 37 wird die Schaltstange 12 in der zentralen Axialbohrung 6 des Verschlussstücks 5 verschoben. Schließlich gelangt die Innenfläche 34 des Kolbens 4 zur Anlage gegen die Stirnfläche 58 des Kugelträgers 31 , der somit als Anschlag für den Kolben 4 dient. Die dabei eingenommene verriegelte Endstellung des Kolbens 4 (in der Beschreibungseinleitung als zweite Endstellung bezeichnet) ist in Fig. 3 dargestellt. Der Vorratsraum 15 hat in der zweiten Endstellung des Kolbens 4 ein maximales Volumen, d. h. ist maximal mit Drucköl 28 gefüllt.

Durch einen im Weiteren erläuterten Schaltmechanismus kann der verriegelte Kolben 4 gelöst werden. In Fig. 4 ist eine entriegelte Position des Kolbens 4 dargestellt. Zu diesem Zweck kann die Schaltstange 12 durch den an der Stoßfläche 18 angreifenden Stößel 19 gegen die Kraft der Rückstellfeder 43 bewegt werden. Dabei wirkt der Stößel 19 auf die stirnseitige Stoßfläche 18 der Schalt- Stange 12 ein, wobei der Stößel 19 an einem Magnetanker eines Elektromagneten 20 des Aktuators 17 starr befestigt ist und durch Bestromen des Magnetankers axial verschoben werden kann. Wird der Magnetanker nicht bestromt, wird die Schaltstange 12 durch die Federkraft der Rückstellfeder 43 rückge- stellt. Zum Lösen der Arretierung werden die Schaltstange 12 und der Schaltpin 37, welcher der Schaltstange 12 anliegt, durch Einwirken des Stößels 19 verschoben bis sich die Ringnut in Überdeckung mit den Bohrungen 32 des Kugelträgers 31 befindet. Dies hat zur Folge, dass die Kugeln 33 in die Ringnut 38 eintauchen, so dass die Ringwulst 56 die Kugeln 33 nicht mehr hintergreift bzw. die Kugeln 33 aus der Vertiefung 57 gelangen. Der Verriegelungsabschnitt 53 des Verriegelungselements 53 verliert somit seinen Eingriff mit den Kugeln 33, wodurch die Arretierung des Kolbens 4 gelöst wird.

Wie in Fig. 4 durch den Pfeil veranschaulicht, wird der Kolben 4 dann durch die Federkraft der Kraftspeicherfeder 1 1 verschoben, so dass das Volumen des Vorratsraums 15 verringert und das darin enthaltene Drucköl 28 zum Nocken- wellenversteller 2 und den anderen Verbrauchern 27 ausgestoßen wird. Das Rückschlagventil 25 verhindert, dass Drucköl 28 zur ölpumpe 22 geleitet wird. Gleichzeitig wird der Stülpkörper 47 durch die Federkraft der Stülpfeder 49 verschoben, wobei sich der Stülpabschnitt 50 über die Kugeln 33 stülpt. Beim Verschieben des Kolbens 4 durch die Kraftspeicherfeder 1 1 bildet die Auslaufsicherung 16 einen Anschlag für den Kolben 4. (Die eingenommen Endstellung ist in der Beschreibungseinleitung als erste Endstellung bezeichnet.) Das durch den Kolben 4 druckbeaufschlagte Drucköl 28 kann die Auslaufsicherung 16 passieren. Die Auslaufsicherung 16 umfasst beispielsweise drei drehfest miteinander verbundene Scheiben, die jeweils mit einer Bohrung versehen sind, wobei die drei Bohrungen jeweils um 120° zueinander versetzt sind. Diese Maßnahme erlaubt druckbeaufschlagtem Drucköl 28 die Auslaufsicherung 16 zu passieren und sperrt den Durchtritt von lediglich atmosphärischem bzw. hydrostatischem Druck ausgesetztem Drucköl 28.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung: In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein in die Nockenwelle integrierter Kolben durch den Druck der Ölpumpe bei laufender Brennkraftmaschine gegen ein Federelement bis zu einem festgelegten Hub vorgespannt. In dieser Positi- on rastet der Kolben in einem Haltemechanismus (Kugelarretierung) ein. Bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine fällt der Öldruck in den Olgalerien auf Umgebungsdruck, ebenso der Druck im Druckspeicher. Die Energie bleibt im Federelement gespeichert. Durch eine Auslaufsicherung (z. B. Lamellen- Labyrinth-Sicherung) kann das Schmieröl nicht aus dem Ölvorratsraum zurück in die Olgalerien oder über die Nockenwellenlagerstellen in den Zylinderkopf zurücklaufen. Dieser Druckspeicher hat keinen Druckverlust durch Leckagen. Aufwendige Hochdruckabdichtungen entfallen. Hierdurch wird die Systemreibung reduziert und mehr nutzbare Energie in dem Federelement gespeichert. Ein radial entkoppelter Aktuator, welcher außerhalb der Nockenwelle montiert ist, kann durch kurzes Bestromen den Haltemechanismus lösen. Mittels der vorgespannten Feder wird das Öl aus dem Ölvorratsraum zurück in den Öl- kreislauf des Zylinderkopfs und den Nockenwellenversteller gedrückt, vorausgesetzt, dass der Versorgungsöldruck in den Olgalerien kleiner ist als der mit dem Druckspeicher erzielbare Druck (Federelementkraft multipliziert mit Kol- bendruckfläche). Um beim Entladen ein Rückfließen des Öls in Richtung Ölpumpe zu verhindern, ist zwischen der Ölpumpe und den Verbrauchern, die mit Öldruck aus dem Druckspeicher beaufschlagt werden sollen, ein Rückschlagventil mit Sperrrichtung in Richtung Ölpumpe vorzusehen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Kolben axial in der Nockenwelle geführt und stützt sich über ein Federelement (z. B. Zug- oder Druckfeder) am Verschlusskörper, der in die Nockenwelle eingepresst ist, ab. Der Verriegelungskörper ist in den Kolben eingepresst. In den Verschlusskörper ist der Kugelträger eingepresst. Dieser weist beispielsweise um den Umfang verteilt an- geordnet, acht Radialbohrungen auf, in denen Kugeln geführt sind. Die in den Kugelträger eingepresste Hülse dient als Endanschlag für den Schaltpin. Die Rückstellfeder des Schaltpins stützt sich über den Stempel am Kolben ab und drückt den Schaltpin gegen die Hülse. Der Stempel ist durch einen Sprengring gegen Herausfallen gesichert. Die Schaltstange ist mit dem Schaltpin fest verbunden und ist axial verschiebbar im Verschlusskörper gelagert. Der Aktuator ist in den Zylinderkopf eingeschraubt und drückt im bestromten Zustand auf die Schaltstange gegen die Rückstellfeder. Die Anbindung zur Schaltstan- ge/Nockenwelle erfolgt über eine Radialentkopplung. Die Stülpfeder spannt das axial verschiebbare Stülpblech vor. Als Auslaufsicherung des Zylinders für "druckfreies" Öl dient beispielsweise eine Lamellen-Labyrinth- Auslaufsicherung, bestehend aus drei Blechen mit jeweils einer Bohrung in axialer Richtung am Außendurchmesser. Die Bleche sind zueinander um 120° verdreht. Durch die Anordnung im Hohlraum der Nockenwelle ergibt sich ein Bauraumvorteil gegenüber extern der Nockenwelle angeordneten Druckspeichern.

Vorgang Befüllen/Verriegeln: während des Betriebs der Brennkraftmaschine fließt Öl über die Nockenwellenlagerstelle in die Nockenwelle in Richtung No- ckenwellenversteller und durch die Labyrinth-Lamellen-Auslaufsicherung gegen den Kolben des Druckspeichers. Ab einem Grenzdruck, der durch die Kraft der Kraftspeicherfeder vorgegeben ist, bewegt sich der Kolben gegen die Federkraft in Richtung des Verriegelungsmechanismus. Der Verriegelungskörper schiebt das Stülpblech gegen die Stülpfeder in Richtung Verschlusskörper. Zugleich drückt der Kolben über den Stempel und die Rückstellfeder gegen den Schaltpin. Sobald die Kontur des Verriegelungskörpers die Bohrungen im Kugelträger freigibt, werden die Kugeln nach außen gedrückt und damit der Kolben fest verriegelt. Unterstützt wird die Bewegung der Kugeln durch die Fliehkraft, die durch die sich drehende Nockenwelle hervorgerufen wird. Danach wird der Schaltpin durch die Rückstellfeder gegen die Hülse gedrückt und dadurch werden die Kugeln in der aktuellen Position gehalten.

Vorgang Entladen/Entriegeln: Wird der Aktuator bestromt, werden die Schalt- stange und der Schaltpin gegen die Rückstellfeder in Richtung des Kolbens verschoben. Sobald die Nut im Schaltpin über den radialen Bohrungen im Kugelträger steht, drückt die Kraftspeicherfeder über die Kontur im Verriegelungselement die Kugeln nach innen gegen den Schaltpin bis der Querschnitt frei ist. Der Kolben wird nun nach vorne gedrückt, wobei das Öl aus dem Der Kolben wird nun nach vorne gedrückt, wobei das Öl aus dem Vorratsraum in die Ölgalerien und parallel hierzu in das Steuerventil des Nockenwellenvers- tellers gepresst wird. Ein Rückschlagventil in der Ölversorgungsgalerie verhindert ein Rückfließen des Öls aus dem Zylinderkopf. Die Lamellen-Labyrinth- Auslaufsicherung dient zugleich als Endanschlag für den Kolben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine zuverlässige Druckversorgung von Verbrauchern einer Brennkraftmaschine, wobei durch den in die Nockenwelle integrierten Druckspeicher Drucköl unabhängig von der Mo- torölversorgung (Schmierölkreis) der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. So können Verbraucher auch dann mit Drucköl versorgt werden, wenn die mo- torseitige Ölversorgung nicht ausreicht, beispielsweise beim Motorstart und bei sehr heißem Drucköl in Verbindung mit einer geringen Fördermenge der Öl- pumpe. Insbesondere kann sofort nach dem Start der Brennkraftmaschine eine Verstellung des Nockenwellenverstellers in Basisposition (Spät-, Mitten-, Frühstellung) erfolgen, was besonders geeignet in Verbindung mit Start/Stopp- Systemen ist. Zudem kann die Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers insbesondere bei Heißleerlauf der Brennkraftmaschine verbessert werden.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Nockenwelle

3 Hohlraum der Nockenwelle

4 Kolben

5 Verschlusskörper

6 Axialbohrung

7 Drehachse

8 erster Abschnitt

9 zweiter Abschnitt

10 Ringstufe des Verschlusskörpers

1 1 Kraftspeicherfeder

12 Schaltstange

13 Druckfläche

14 Wand

15 Vorratsraum

16 Auslaufsicherung

17 Aktuator

18 Stoßfläche

19 Stößel

20 Elektromagnet

21 Nockenwellenversteller

22 Ölpumpe

23 Öltank

24 Druckleitung

25 Rückschlagventil

26 Ölpfad

27 Verbraucher

28 Drucköl

29 Ringdichtung

30 Endabschnitt des Verschlusskörpers

31 Kugelträger 32 Bohrung

33 Kugel

34 Innenfläche

35 Hohlraum des Kugelträgers

36 Hülsenkörper

37 Schaltpin

38 Ringnut

39 Absatz des Verschlusskörpers

40 Außenmantelfläche des Kugelträgers

41 Außenmantelfläche des Schaltpins

42 Endabschnitt des Schaltpins

43 Rückstellfeder

44 Stempel

45 Sprengring

46 Ringstufe des Schaltpins

47 Stülpkörper

48 Ringstufe des Stülpkörpers

49 Stülpfeder

50 Stülpabschnitt

51 Scheibe

52 Absatz des Kolbens

53 Verriegelungskörper

54 Kragen

55 Verriegelungsabschnitt

56 Ringwulst

57 Vertiefung

58 Stirnfläche des Kugelträgers

59 erste Stirnfläche des Hülsenkörpers

60 zweite Stirnfläche des Hülsenkörpers

61 Stirnfläche des Verriegelungskörpers

62 Stirnfläche des Verschlusskörpers

63 erste Stirnfläche des Stülpkörpers

64 zweite Stirnfläche des Stülpkörpers Stirnfläche des Stempels Stirnfläche des Schaltpins Verbindungsraum

Druckkanal

Claims

Patentansprüche

1 . Schaltbare Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung mindestes eines Verbrauchers (21 , 27) einer Brennkraftmaschine, welche umfasst:

einen innerhalb einer Nockenwelle (2) geformten Hohlraum (2), ein im Hohlraum (2) angeordnetes Verlagerungselement (4), das zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung verlagerbar ist, wobei das Verlagerungselement (4) mit einer Druckfläche (13) versehen ist, die gemeinsam mit einer Wand (14) des Hohlraums (2) einen mit dem Verbraucher (21 , 28) fluidleitend verbindbaren Vorratsraum (15) zumindest teilweise begrenzt, wobei der Vorratsraum (15) mit einer Druckquelle (22) fluidleitend verbindbar ist,

einen mit dem Verlagerungselement (4) zusammenwirkenden Kraftspei- eher (1 1 ), wobei das Verlagerungselement (4) durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums (15) gegen die Kraft des Kraftspeichers (1 1 ) von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung verlagerbar ist,

einen Verriegelungsmechanismus, durch den das Verlagerungselement (4) in der zweiten Endstellung arretierbar ist,

einen durch einen Aktuator (17) betätigten Schaltmechanismus mit einem in wenigstens zwei Schaltstellungen bringbaren Schaltelement (12, 37), das mit dem Verriegelungsmechanismus so zusammenwirkt, dass die Arretierung des Verlagerungselements (4) in einer ersten Schaltstellung beibehalten und in einer zweiten Schaltstellung gelöst wird.

2. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum über mindestens eine bei vorhandener Druckbeaufschlagung durchlässige und bei fehlender Druckbeaufschlagung sperrende Auslaufsicherung (16) für Druckmittel mit dem Verbraucher (21 , 27) und der Druckquelle (22) fluidleitend verbindbar ist.

3. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslaufsicherung (16) als Begrenzung für den Vorrats- raum (15) dient.

4. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch:

einen mit der Nockenwelle (2) starr verbundenen Kugelträger (31 ), der das Schaltelement (12, 37) umgibt, wobei der Kugelträger (31 ) eine Mehrzahl Öffnungen (32) aufweist, in denen jeweils eine Kugel (33) radial beweglich auf- genommen ist, die von einer vom Schaltelement (37) geformten Stützfläche (41 ) radial gestützt ist,

ein mit dem Verlagerungselement (4) starr verbundenes Verriegelungselement (53), das mit einem Verriegelungsabschnitt (55) versehen ist, der zur Arretierung des Verlagerungselements (4) in zweiter Endstellung in Eingriff mit den Kugeln (33) gelangt,

wobei das Schaltelement (12, 37) gegen die Kraft eines ersten Rückstellelements (43) durch den Aktuator (17) von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung relativ zum Kugelträger (31 ) verlagerbar ist,

wobei die Stützfläche (41 ) des Schaltelements (37) mit wenigstens einer Ausnehmung (38) versehen ist, derart, dass die Kugeln (33) in der zweiten Schaltstellung zumindest teilweise von der Ausnehmung (38) aufgenommen werden können, so dass der Verriegelungsabschnitt (55) außer Eingriff mit den Kugeln (33) gelangt.

5. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Stülpelement (47), das durch das Verlagerungselement (4) gegen die Kraft eines zweiten Rückstellelements (49) verlagerbar ist, wobei das Stülpelement (47) so ausgebildet ist, dass es die Kugeln (33) in der ersten Endstellung des Verlagerungselements (4) umstülpt und in der zweiten Endstellung freigibt.

6. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Verschlusselement (5), an dem sich der Kraftspeicher (1 1 ) des Verlagerungselements (4) abstützt.

7. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelträger (31 ) mit dem Verschlusselement (5) starr verbunden ist.

8. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (1 1 ) als Federelement ausgebildet ist.

9. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (22) über mindestens ein in Richtung Druckquelle sperrendes Rückschlagventil (25) mit dem Verbraucher (21 , 27) und dem Vorratsraum (15) fluidleitend verbindbar ist.

10. Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Öl aus dem Schmierölkreis als Druckmittel verwendet wird.

1 1 . Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher ein hydraulischer No- ckenwellenversteller (21 ) ist.

12. Brennkraftmaschine, mit zumindest einer schaltbaren Vorrichtung (1 ) zur Druckversorgung eines Verbrauchers nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 .