DE19633640C2 - Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle gegenüber einem Antriebsrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle relativ zu einem Antriebsrad, vorzugsweise einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, mit einer sich mit der Welle drehenden, hydraulisch ansteuerbaren Winkelverstell­ einrichtung mit Hydraulik-Zuführkanälen in einem drehfest angebrachten Stirndeckel, mit den Zuführkanälen zugeordneten Ölverteilkanälen in der Winkelverstelleinrichtung und mit wenigstens einer in einem der Verstelleinrichtung zugewandten Innenumfangsbereich des Stirndeckels (1) ausgebildeten Aus­ nehmung zur Aufnahme eines Ölverteilerrings (3), wobei der Ölverteilerring drehfest mit dem Stirndeckel verbunden ist und radial verlaufende, über den Umfang verteilt angeordnete Durchlässe aufweist.

Derartige, unter der Bezeichnung VCT (variable cam timing) bekannte Vorrichtungen zur Winkelverstellung werden häufig bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um die Stellung der Nockenwelle im Verhältnis zur Kurbelwelle um einem bestimmten Winkel zu verschieben. Die durch die Winkelverstellung mögliche Phasenverschiebung der Schaltzeiten erlaubt es, die Schaltzeiten hinsichtlich der Anforderungen an Nennleistung, Drehmoment, Verbrauch und Abgasemission des Verbrennungs­ motors zu optimieren.

Die Winkelverstellung erfolgt meist hydraulisch über eine in­ nerhalb der Nockenwellenantriebseinheit befindliche Verstell­ einrichtung. Dazu ist zwischen Kettenrad und Nockenwelle eine Schrägverzahnung angeordnet, wobei über einen Hydraulik­ kolben eine axiale Verschiebung der schrägverzahnten Elemente derart erfolgt, daß eine Winkelverstellung zwischen Antriebs­ rad und Nockenwelle bewirkt wird. Die Verstelleinrichtung kann so ausgebildet sein, daß eine Früh- bzw. Spätverstellung der Schaltzeiten über zwei alternativ mit Druck beaufschlagte Hydraulikkanäle bewirkt wird. Die zur Steuerung notwendigen Ventilelemente sind zweckmäßigerweise im drehfesten Teil der Vorrichtung angeordnet. Alternativ kann die Steuerung nur über einen Hydraulikkanal erfolgen, durch den die Winkel­ verstellung in einer Richtung erfolgt, wobei die Winkel­ verstellung in die andere Verstellrichtung mittels einer Rückstellfeder erfolgt.

Ein Merkmal der üblichen hydraulischen Verstelleinrichtungen ist, daß diese mit der rotierenden Nockenwelle verbunden sind. Das Hydraulikmedium muß ausgehend von einer drehfesten Hydraulikversorgung der sich drehenden Verstelleinrichtung zugeführt werden. Dazu ist bei bekannten Vorrichtungen ein drehfester Stirndeckel vorgesehen, der eine Ausnehmung für eine rotierende Ölverteileinrichtung aufweist. Sowohl in dem Stirndeckel als auch in der rotierenden Ölverteileinrichtung ist mindestens ein Ölverteilkanal vorgesehen, der im Übergangsbereich zwischen drehfesten und rotierenden Einhei­ ten in mindestens einen Ringkanal übergeht. Zur Abdichtung der Ringkanäle zwischen dem Stirndeckel und der rotierenden Ölverteileinrichtung sind elastische Dichtungselemente vorge­ sehen. Da der Stirndeckel drehbar mit der Nockenwelle verbun­ den ist, ist dieser auf die Nockenwelle zentriert. Gleichzei­ tig bildet der Stirndeckel einen Teil der seitlichen Außenwand des Motorblocks. Die seitliche Außenwand ist an ihrer oberen Stirnseite mit der Zylinderkopfhaube des Motors verbunden, wobei die Oberkante der Außenwand mit der Zylinderkopfhaube fluchten muß, um die Öldichtigkeit der Außenwand des Motorblocks zu gewährleisten.

Die relative Position der Zylinderkopfhaube bezüglich der Nockenwellenachse unterliegt größeren, durch die Massen­ fertigung bedingten Fertigungstoleranzen. Diese Toleranzen wirken sich auch auf die Position der an der Zylinder­ kopfhaube angeordneten seitlichen Außenwand aus. Aus diesem Grund wird die seitliche Außenwand bei bekannten Winkelverstellungsvorrichtungen aus zwei Teilen gebildet, zum einem dem Stirndeckel, zum anderen dem Seitengehäuse. Das Seitengehäuse weist eine Ausnehmung zur Auf­ nahme des Stirndeckels auf, wobei der Rand des Stirndeckels auf der Außenseite des Seitengehäuses beispielsweise mittels einer Schraubverbindung derart befestigt wird, daß bei der Montage durch Toleranzen bedingte Abweichungen der relativen Lage von Seitengehäuse und Stirndeckel ausgeglichen werden können. Zwischen Seitengehäuse und Stirndeckel ist ein elastisches Dichtungselement vorgesehen, um einen Ölverlust zu vermeiden.

Jedes an dem Außengehäuse des Motorblocks notwendige Dichtungselement kann jedoch innerhalb der Lebensdauer des Motors undicht werden und stellt somit eine mögliche, Wartungs- und Reparaturkosten verursachende Fehlerquelle dar. Außerdem wird durch den über das Außenprofil des Seiten­ gehäuses vorstehenden Stirndeckel die Länge des Motorblocks vergrößert, was bei einer einteiligen Gestaltung der Seitenwand vermieden werden könnte.

Aus der DE 42 18 078 C1 ist eine Vorrichtung zur Winkelverstellung der eingangs erwähnten Art bekannt, bei der die seitliche Außenwand mit dem Stirndeckel einstückig ausge­ bildet. Jedoch sind aus diesem Dokument keine Maßnahmen bekannt, den in diesem Falle erforderlichen Toleranzausgleich zwischen Seitenwandposition und Nockenwellenachse zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach montierbare Winkelverstelleinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der der erforderliche Toleranzausgleich zwischen Seitenwandposition und Nockenwellenachse gewährleistet wird.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist vorgesehen, daß der Ölverteilerring quer zu der mit dem Stirndeckel gemeinsamen Achsrichtung gegenüber diesem bewegbar angeordnet ist, und daß der Innendurchmesser der Ausnehmung größer ist als der Außendurchmesser des Ölverteilerrings.

Durch den innerhalb des drehfesten Stirndeckels quer zur gemeinsamen Achsrichtung beweglich angeordneten, drehfesten Ölverteilerring kann der erforderliche Toleranzausgleich durch eine Bewegung des Ölverteilerrings gegenüber dem Stirn­ deckel erreicht werden. Somit kann der Stirndeckel erfindungsgemäß so ausgebildet sein, daß dieser gleichzeitig das Seitengehäuse des Motorblocks bildet, das an seinem oberen Stirnende mit der Zylinderkopfhaube fluchtet.

Zwischen dem Außenumfang des Ölverteilerrings und dem Innen­ umfang des Stirndeckels bildet sich ein Ringspalt aus, dessen Durchmesser an die maximal auszugleichenden Toleranzen angepaßt ist. Bei einer Bewegung des Ölverteilerrings sind Stirndeckel und Ölverteilerring im allgemeinen nicht mehr konzentrisch zueinander ausgerichtet, so daß sich der Ringspalt an einer Seite verengt und an der anderen Seite erweitert.

Die Zufuhr des Hydrauliköls zu der Winkelverstelleinrichtung erfolgt über innerhalb des Stirndeckels ausgebildete Kanäle zunächst in den Ringspalt zwischen dem Stirndeckel und dem Außenumfang des Ölverteilerrings. Von hier gelangt das Öl über die in dem Ölverteilerring vorgesehenen, radial verlau­ fenden Durchlässe in den Ringspalt zwischen Ölverteilerring und der rotierenden Ölverteilungseinrichtung. In der Ölver­ teilungseinrichtung wird das Öl über Kanäle der Winkelver­ stelleinrichtung zugeführt.

Werden zwei Hydraulikkanäle zur Steuerung der Winkelverstell­ einrichtung verwendet, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Stirndeckel in seinem der Verstelleinrichtung zugewandten Innenumfangsbereich zwei gestuft angeordnete Ausnehmungen mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, und der Ölverteiler­ ring an seinem Außenumfang entsprechend gestuft ausgebildet ist, und die Innendurchmesser der Ausnehmungen größer sind als die zugeordneten Außendurchmesser des gestuft ausgebilde­ ten Ölverteilerrings, so daß zwei voneinander getrennte Ringkanäle ausgebildet werden. Durch die stufenförmige Aus­ bildung des Innenumfangs des Stirndeckels und des Außenum­ fangs des Ölverteilerrings wird erreicht, daß zwei jeweils voneinander getrennte Ringkanäle entstehen, wobei die Tren­ nung durch die angrenzenden Radialflächen der Stirndeckel­ stufe und der Ölverteilerringstufe erfolgt. Die Trennung der Kanäle ist erforderlich, da Leckagen zwischen den Kanälen die Funktion der Winkelverstellung beeinträchtigen. Die Führung des Hydrauliköls erfolgt in Stirndeckel, Ölverteilerring und Ölverteilerelement vorgesehenen, ebenfalls getrennten Kanälen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zwischen Radialflächen des gestuft ausgebildeten Ölver­ teilerrings und den angrenzenden Radialflächen des gestuft ausgebildeten Stirndeckels ein ringförmiges Dichtungselement vorgesehen ist. Durch dieses Dichtungselement erfolgt eine zusätzliche Abdichtung der beiden Kanäle gegeneinander.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Stirndeckel an seiner der Nockenwelle zugewandten Seite eine radial nach innen weisende Halteeinrichtung für den Ölverteilerring aufweist. Die Halteeinrichtung wird nach Montage des Ölverteilerrings mittels einer Schnappverbindung auf der der Nockenwelle zugewandte Seite des Stirndeckels an­ gebracht, wobei zur zusätzlichen Fixierung eine Schraube vorgesehen sein kann. Durch die Halteeinrichtung wird der Ölverteilerring zum einen in seiner axialen Position fixiert, zum anderen wird der Ringspalt zwischen Stirndeckel und Ölverteilerring zur Seite hin abgeschlossen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Verhinderung einer Drehbewegung des Ölverteilerrings ein Haltestift vorgesehen ist. Der Haltestift ist entweder an einem drehfesten Gehäuseteil angeordnet und greift in eine in dem Ölverteilerring befindliche Ausnehmung ein oder der Haltestift ist am Ölverteilerring vorgesehen und greift in eine Ausnehmung im Stirndeckel ein. Die Ausnehmung ist so groß bemessen, daß die erfindungsgemäß vorgesehene Bewegung quer zur gemeinsamen Achsrichtung zwischen Stirndeckel und Ölverteilerring zur Erzielung des erforderlichen Toleranzausgleichs möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung der Stirn­ deckelanordnung einer erfindungsgemäßen Winkelverstellvor­ richtung.

Ein drehfest angeordneter Stirndeckel 1 weist eine Ausnehmung auf, die einen ebenfalls drehfest angeordneten Ölverteiler­ ring 3 aufnimmt. Dieser weist eine Ausnehmung auf, in der eine rotierende Ölverteilereinrichtung 5 angeordnet ist. Diese ist über eine Schraube 11 drehfest mit der nicht darge­ stellten Nockenwelle verbunden. Der Ölverteilerring wird durch eine auf den Stirndeckel 1 aufgeschnappte und mit einer Schraube 17 zusätzlich fixierte Halteeinrichtung 7 gehalten. Der Ölverteilerring 3, die rotierende Ölverteilereinrichtung 5 und die Halteeinrichtung 7 sind im wesentlichen rotations­ symmetrisch ausgebildet. An die Ölverteilereinrichtung schließt sich ein Gehäuse 9 für eine nicht dargestellte, hydraulisch steuerbare Winkelverstelleinrichtung für die Ver­ stellung des Winkels zwischen der Nockenwelle und einem eben­ falls nicht dargestellten Antriebsrad an. Der Stirndeckel 1 bildet die seitliche Außenwand des Motorblocks und schließt an seinem oberen, nicht dargestellten Stirnende bündig mit der ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkopfhaube ab.

Zur Ansteuerung der mit der Nockenwelle rotierenden Winkel­ verstelleinrichtung sind zwei Hydraulikkanäle vorgesehen, die alternativ mit Drucköl beaufschlagt werden, um eine Früh- bzw. Spätverstellung zu bewirken. Hierzu sind den Hydrau­ likkanälen zwei nicht dargestellte, im drehfesten Teil der Vorrichtung befindliche und elektrisch ansteuerbare Ventile zugeordnet, die den jeweiligen Hydraulikkanal abhängig von der Ventilstellung entweder mit Drucköl versorgen oder diesen mit einer drucklosen Ölabflußleitung verbinden.

Zur Trennung dar Hydraulikkanäle ist der Stirndeckel 1 an seinem Innenumfang und der Ölverteilerring 3 an seinem Außen­ umfang gestuft ausgebildet. Der Innendurchmesser der beiden Stufen des Stirndeckels 1 ist dabei größer als der Außen­ durchmesser der zugeordneten Stufen des Ölverteilerrings, so daß sich zwischen Stirndeckel und Ölverteilerring Ringspalte 13, 15 ausbilden. Durch die Ringspalte besteht die Möglich­ keit, Stirndeckel und Ölverteilerring bei der Montage quer zur gemeinsamen Achsrichtung gegeneinander zu bewegen, um Fertigungstoleranzen zwischen der Lage der Nockenwelle und der durch die Position der Zylinderkopfhaube bestimmten Lage des Stirndeckels 1 auszugleichen. Zwischen den Flanken der Stufen des Stirndeckels und des Ölverteilerrings ist ein ringförmiges Dichtungselement 19 angeordnet.

Die beiden von den Ventilen ausgehenden Hydraulikkanäle mün­ den über einen im Stirndeckel angeordneten Kanal 25 bzw. über einen in der Querschnittsdarstellung nicht sichtbaren, inner­ halb des Stirndeckels verlaufenden Kanal in die Ringspalte 13 bzw. 15. Über in dem Ölverteilerring befindliche, radial an­ geordnete Durchlässe 31, 33 gelangt das Öl in die Kanäle 21, 23 der rotierenden Ölverteilereinrichtung 5 und durch diese zur Winkelverstelleinrichtung. Zwischen dem Ölverteilerring und der rotierenden Ölverteilereinrichtung befinden sich Dichtungselemente 29 zur Abdichtung des Übergangs der Kanäle 31, 21 bzw. 33, 23.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Welle relativ zu einem Antriebsrad, vorzugsweise einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, mit einer sich mit der Welle drehen­ den, hydraulisch ansteuerbaren Winkelverstelleinrichtung mit Hydraulik-Zuführkanälen in einem drehfest angebrachten Stirndeckel, mit den Zuführkanälen zugeordneten Ölver­ teilkanälen in der Winkelverstelleinrichtung und mit we­ nigstens einer in einem der Verstelleinrichtung zugewand­ ten Innenumfangsbereich des Stirndeckels (1) ausgebildeten Ausnehmung zur Aufnahme eines Ölverteilerrings (3), wobei der Ölverteilerring drehfest mit dem Stirndeckel verbunden ist und radial verlaufende, über den Umfang verteilt ange­ ordnete Durchlässe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölverteilerring quer zu der mit dem Stirndeckel ge­ meinsamen Achsrichtung gegenüber diesem bewegbar angeord­ net ist, und daß der Innendurchmesser der Ausnehmung größer ist als der Außendurchmesser des Ölverteilerrings.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirndeckel (1) in seinem der Verstelleinrichtung zugewandten Innenumfangsbereich zwei gestuft angeordnete Ausnehmungen mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, und der Ölverteilerring (3) an seinem Außenumfang entspre­ chend gestuft ausgebildet ist, und die Innendurchmesser der Ausnehmungen größer sind als die zugeordneten Außendurchmesser des gestuft ausgebildeten Ölverteiler­ rings, so daß zwei voneinander getrennte Ringkanäle (13, 15) ausgebildet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Radialflächen des gestuft ausgebildeten Ölverteilerrings (3) und den angrenzenden Radialflächen des gestuft ausgebildeten Stirndeckels (1) ein ringförmi­ ges Dichtungselement (19) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stirndeckel (1) an seiner der Nockenwelle zugewandten Seite eine radial nach innen weisende Halteeinrichtung (7) für den Ölverteilerring aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Verhinderung einer Drehbewegung des Ölverteilerrings (3) ein Haltestift vorgesehen ist.