Kupplungseinrichtung für Nockenwellen in Brennkraftmaschinen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für Nockenwellen in Brennkraftmaschinen, bei der die Nockenwelle (1) relativ zu einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebsrad (2) über einen begrenzten Drehwinkelbereich in beiden Drehrichtungen frei zum Antriebsrad (2) durch Drehungleichförmigkeiten verstellbar und über öldruckgeschaltete Rastbolzen (4,5) fixierbar ist.
Es wird die Aufgabe gelöst die Rastbolzen (4,5) und deren Betätigung konstruktiv zu vereinfachen und einen sicheren Eingriff der Rastelemente zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in das Antriebsrad (2) mindestens zwei schiebbar geführte federbelastete Rastbolzen (4,5) wechselweise in korrespondierende Ausnehmungen (7,8) der Nockenwelle (1) eingreifen. Diese Ausnehmungen (7,8) sind mit Druckmittelkanälen (13,14) verbunden, die über einen Schaltkolben (12) wechselweise mit einer Druckmittelquelle in Verbindung bringbar sind, um den jeweiligen Rastbolzen (4,5) auszukoppeln.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für Nockenwellen von Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Vorbekannt ist durch die Schritt DE 41 12 813 A1 eine Vorrichtung zum Verstellen der Steuerzeiten bei einem Steuertrieb einer Brennkraftmaschine. Diese weist eine freie Verdrehbarkeit der Nockenwelle relativ zum Antriebszahnrad mit einem definierten Verstellwinkel auf. Zum Kuppen der Nockenwelle mit dem Antriebszahnrad wirken Sperrstifte nur in den Endstellungen als Mitnehmer.
Das Verstellen der Nockenwelle zum Funktionszahnrad wird bei außer Eingriff stehenden Sperrstiften durch den Freigang im Verstellbereich möglich und durch an der Nockenwelle auftretenden Wechselmomente in beiden Richtungen alternativ bewirkt. Diese Wechselmomente entstehen durch das Betätigen der federnd vorgespannten Gaswechselventile bei bestimmten Nockenversätzen auf der Nockenwelle.

[0003] Der Verstellwinkel zwischen Nockenwelle und Antriebszahnrad wird generell durch Anschlagstifte in langlochförmigen Ausnehmungen bestimmt. Die Verdrehung zwischen Nockenwelle und Antriebszahnrad innerhalb des gewünschten Verstellwinkels der Nockenwelle ist durch das Anliegen der Anschlagstifte an den Enden der Ausnehmungen begrenzt.
Das dem Nocken entgegengesetzte Ende der Nockenwelle trägt eine verschiebbare und mit einem hydraulischen Stellmotor gekoppelte Stellhülse, in der die Anschlag- und Sperrstifte fest angeordnet sind. Die Anschlag- und Sperrstifte greifen in korrespondierende Ausnehmungen bzw. Bohrungen des Antriebszahnrades ein. Dabei sind die Anschlagstifte so lang ausgeführt, daß sie auch bei axialer Verschiebung der Stellhülse in ihre äußere Stellung stetig in die Ausnehmungen des Antriebszahnrades hineinreichen.

[0004] Der Betätigungsmechanismus für die Anschlag- und Sperrstifte ist aufwendig.

[0005] Weiterhin ist durch die Schrift DE 196 18 189 A1 eine Stiftkupplung zum gezielten Zu- und Abschalten von Teilwellen einer mehrteiligen Nockenwelle vorbekannt.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Kupplungseinrichtung zur Nockenwellenverstellung die Rastbolzen und deren Betätigung konstruktiv zu vereinfachen und einen sicheren Eingriff der Rastelemente zu gewährleisten.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Druckmittelbetätigung der Rastbolzen ist konstruktiv einfach, dabei wird eine Überdeckung beim Lösen und Ineingriffbringen möglich.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung wird im Zusammenhang der Beschreibung erläutert.

[0007] Die Rastbolzen sind bevorzugt durch Federn in ihre Rastposition vorbelastet, während die dieser Rastposition entgegengesetzte Position bevorzugt durch die Druckmittelbetätigung einstellbar ist.
Es kann desweiteren bevorzugt vorgesehen sein, daß zwischen Nockenwelle und dem Beispielsweise als Zahnrad ausgebildeten Antriebsrad eine Vorspannfeder angeordnet ist, welche das über das Antriebsrad aufgebrachte Wechselantriebsmoment ganz oder teilweise derart kompensiert, daß eine schnellere Verstellzeit erzielbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß mehr als zwei Drehwinkel-Verstellpositionen durch eine entsprechende Anzahl von Rastbolzen und zugehörigen Ausnehmungen ansteuerbar sind.

[0008] Weitere Vorteile und Merkmale der Efindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.

[0009] Es zeigt:

Figur 1

einen Längsschnitt durch eine Kupplungseinrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle relativ zu deren Antriebszahnrad,

Figur 2

eine schematische Darstellung der Rastbolzen und korrespondierenden Ausnehmungen und

Figur 3

eine schematische Darstellung mit einer weiteren Ausführungsform der Rastbolzen.

[0010] Fig. 1 zeigt die Antriebsseite einer Nockenwelle 1 zur Betätigung von Gaswechselventilen mit einem Antriebszahnrad 2, welches z.B. mittels einer Kette von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Nockenwelle 1 ist in einem Stützlager 3 des nicht dargestellten Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine drehbar gelagert. Im Antriebszahnrad 2 befinden sich je zwei gegenüberliegend angeordnete verschiebbare Rastbolzen 4, 4'; 5' (siehe auch Figuren 2 und 3).

[0011] Die Rastbolzen 4; 4'; 5; 5' stützen sich mit ihrem einen Ende gegen Federn 6 im Antriebszahnrad 2 ab. Mit dem anderen kegelig ausgeführten Ende greifen die Rastbolzen 4; 4', 5, 5' wechselweise in kegelig ausgeführte Ausnehmungen 7; 7'; 8; 8' der Nockenwelle 1 ein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Rastbolzen 4; 5 mit einer zweistufigen Kegelform 9 ausgeführt , siehe Figur 3.

[0012] Weiterhin ist zumindest ein Anschlagstift 10 im Antriebszahnrad 2 fest angeordnet, der in eine korrespondierende langlochförmige Ausnehmung 11 der Nockenwelle 1 eingreift (siehe Figur 3).

[0013] Innerhalb der Nockenwelle 1 befindet sich ein Schaltkolben 12, der über Druckmittelkanäle 13, 14, die zu den Ausnehmungen 7; 7'; 8; 8' führen, über eine Ringnut 15, eine Bohrung 16 und einen Druckmittelkanal 17 in Abhängigkeit von seiner Stellung eine wirksame Verbindung zu einer nicht dargestellten Druckmittelquelle herstellt. Der jeweils nicht von der Druckmittelquelle beaufschlagte Druckmittelkanal 13 oder 14 wird in nicht dargestellter Weise über den Schaltkolben 12 belüftet.

[0014] Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung bildet eine Zweipunktverstellung, deren beide Einstellungen alternativ mittels der verschiebbaren Rastbolzen 4; 4'; 5; 5' gesichert werden. Bei hydraulisch entkoppelten Rastbolzen, zum Beispiel 4; 4', wird durch die wirkenden Nockenwellenwechselmomente eine Relativverdrehung zwischen Nockenwelle 1 und dem Antriebszahnrad 2 bewirkt, welche die Verstellung bildet, bis die anderen Rastbolzen, zum Beispiel 5; 5', in Eingriff mit den Ausnehmungen, zum Beispiel 7; 7' gelangen.

[0015] In der gemäß Figur 2 gezeigten Ausführung befinden sich die Rastbolzen 4, 4' in der Raststellung. In dieser Stellung rasten die Rastbolzen 4, 4' durch Federkraft in den Ausnehmungen 8, 8' ein , siehe auch Figur 1.

[0016] Über den Schaltkolben 12 sind die Ausnehmungen 8; 8' druckentlastet - nicht dargestellt -, so daß beim Umschalten die Rastbolzen 4; 4' das Restöl schneller verdrängen können.

[0017] Nach Umschaltung des Schaltkolbens 12 werden die Rastkolben 4; 4' über den Druckmittelkanal 14 hydraulisch beaufschlagt, und die Rastkolben 4; 4' verschieben sich entgegen der Feder 6 im Antriebszahnrad 2, wobei sie aus den Ausnehmungen 8; 8' heraustreten.

[0018] Die Rastbolzen 5; 5' rasten nach Relativverdrehung zwischen Nockenwelle 1 und Antriebszahnrad 2 in Pfeilrichtung in andere Ausnehmungen 7; 7' (Figur 2). Die Verstellung erfolgt jeweils um den Verdrehwinkel ϕ, der durch den Anschlagstift 10 begrenzt ist, welcher sich nur innerhalb der Endflächen der langlochförmigen Ausnehmung 11 bewegen kann.

[0019] Durch spezielle Gestaltung der Rastbolzen 5; 5' mit einer zweistufigen Kegelform wird bereits bei geringer Relativverdrehung zwischen Nockenwelle 1 und Antriebszahnrad 2 ein Teileingriff der koppelnden Rastbolzen mit der ebenfalls zweistufigen Kegelkontur der Ausnehmungen 7; 8 möglich, siehe Figur 3.

[0020] Das bedeutet, daß bei noch nicht vollständiger Einstellung des Verdrehwinkels der entkoppelnde Rastbolzen sich noch im Bereich der ersten Ausnehmung und der koppelnde Rastbolzen schon teilweise in einer zweiten Ausnehmung im Teileingriff befinden kann, nicht dargestellt.

[0021] Die vorderen Kegelteile 9 an den Rastbolzen 4; 5 sowie an den Ausnehmungen 7; 8 erleichtern den Einkoppelvorgang, der bereits vor einem vollständigen Eingriff kraft- und formschlüssig beginnen kann.

[0022] Durch die zusätzliche Anwendung einer Vorspannfeder 18 zwischen der Nockenwelle 1 und dem Antriebsrad 2 kann das über das Antriebsrad 2 aufgebrachte Antriebsmoment ganz oder teilweise in der Wirkung für den Verstellvorgang kompensiert werden, so daß eine Optimierung der Verstellzeiten möglich wird.

[0023] In Abweichung von dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann der Eingriff der Rastbolzen 4; 5 auch schräg bzw. radial erfolgen.

[0024] Die Vorzüge der Erfindung bestehen in der vereinfachten Gestaltung der Kupplungseinrichtung, insbesondere hinsichtlich der Rastelemente und deren Betätigung.

Ansprüche

1. Kupplungseinrichtung für Nockenwellen von Brennkraftmaschinen, mittels der die Nockenwelle relativ zu einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine getriebenen Antriebsrad über einen begrenzten Drehwinkelbereich in beiden Drehrichtungen frei vom Antriebsrad durch Drehungleichförmigkeiten verstellbar ist und wobei Rastbolzen zwischen Antriebsrad und Nockenwelle in Eingriff bringbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei schiebbar ausgeführte Rastbolzen (4; 5) zwischen Antriebsrad und Nockenwelle (1) angeordnet sind, die wechselweise in korrespondierende Ausnehmungen (7; 8) in Eingriff bringbar sind, wobei diese Ausnehmungen (7; 8) mit Druckmittelkanälen (13; 14) in Verbindung stehen, die über einen Schaltkolben (12) wechselweise von einer Druckmittelquelle beaufschlagt werden.

2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastbolzen (4; 5) wie auch die Ausnehmungen (7; 8) kegelig ausgeführt sind.

3. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastbolzen (4; 5) und Ausnehmungen (7; 8) einen Doppelkegel aufweisen.

4. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastbolzen (4; 5) durch Federn (6) in die Rastposition vorgespannt angeordnet sind.

5. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastbolzen (4; 5) durch hydraulische oder pneumatische Druckmittel in eine der Rastposition entgegengesetzte Position gedrückt werden.

6. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehwinkelbereich (ϕ) durch einen Anschlagstift (11) begrenzt ist.

7. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine zwischen Nockenwelle (1) und Antriebsrad wirkende Vorspannfeder (18).

8. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastbolzen (4; 5) axial verschiebbar angeordnet sind.

9. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rastbolzen (4; 5) radial verschiebbar angeordnet sind.

Zeichnung