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(11) | EP 0 798 449 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer ange-triebenen Welle, insbesondere Nockenwelle einer Brennkraft-maschine Device for setting the relative angular position of a shaft, in particular a camshaft for an internal combustion engine Dispositif de calage angulaire relatif d'un arbre entraîné, en particulier d'un arbre à cames de moteur à combustion interne |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer angetriebenen Welle der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Bauart.
[0002] Bekanntlich sind derartige Stellvorrichtungen vorzugsweise hydraulisch gesteuert/geregelt, wobei aus verschiedenen Gründen zwischen dem Anschlag und dem Verstellelement der Stellvorrichtung verbliebenes Restöl bewirken kann, daß das Verstellelement die auf eine Maschinen-Referenzstellung (z.B. Zünd-OT/Zylinder 1 der Brennkraftmaschine) ausgelegte Ausgangsposition nicht erreicht. Eine exakte Einstellung dieser Ausgangsposition des Verstellelementes ist bei einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine im Hinblick auf die erforderliche Einhaltung vorgeschriebener Abgaswerte wesentliche Voraussetzung. Die exakte Einstellung dieser Ausgangsposition ist sowohl bei der Erstmontage einer Brennkraftmaschine als auch im Reparaturfall der Brennkraftmaschine daher von ausschlaggebender Bedeutung. Weiter ist die exakte Einstellung der Ausgangsposition bei einer Stellvorrichtung mit einer auf dem Verdrängungsprinzip zwischen anschlagenden Bauteilflächen beruhenden hydraulischen Anschlag-Dämpfungseinrichtung besonders schwierig.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Stellvorrichtung derart weiterzubilden, daß der von einem Werker optisch wegen der geschlossen gestalteten Stellvorrichtung nicht beobachtbare und bei relativ zähem Öl kaum fühlbare Vorgang des Anschlagens des Verstellelementes gegen den ihm zugeordneten Anschlag zuverlässig angezeigt ist.
[0005] Zwar ist aus der DE-32 47 916 A eine Stellvorrichtung mit einem elektrischen Weggeber bekannt, jedoch ist bei dieser Stellvorrichtung keine Ausbildung zur Erzielung einer exakten Anschlagposition vorgesehen.
[0006] Der Vorteil der Erfindung ist in einer genauen Einstellung der Ventilsteuerzeiten sowohl in der Serienmontage als auch im Kundendienst bei Reparatur der Brennkraftmaschine zu sehen, femer in einem im Aufbau einfachen Geberteil in der Stellvorrichtung der Signaleinrichtung.
[0007] Die erfindungsgemäße Signaleinrichtung kann im einfachsten Fall ein öldicht aus einer freien Stimseite des Anschlages hervortretender Zeigestift sein. Vorzugsweise ist jedoch eine elektrisch/elektronisch ansteuerbare Signaleinrichtung vorgesehen, die einer optischen und/oder akustischen Anzeige und/oder einer Ansteuerung eines Montageautomaten bzw. eines automatisch arbeitenden Werkzeuges dient.
[0008] In bevorzugter Ausgestaltung des Geberteiles ist der Kontakt einschließlich des Leitungsabschnittes in einem aus elektrischem Isolierstoff gebildeten Anschlag angeordnet, wobei der Leitungsabschnitt am kontaktfernen Ende im Bereich der freien Stirnseite des Anschlages eine Verbindungsstelle aufweist. Diese Verbindungsstelle dient dem Anschluß des Stromkreises der Signaleinrichtung, die andererseits auf Masse gelegt ist.
[0009] Um eine mit der Signaleinrichtung erzielte Anzeige bzw. Ansteuerung sicherzustellen, sind mehrere miteinander elektrisch verbundene Kontakte am Anschlag verteilt angeordnet, die gegebenenfalls zu einem ringförmigen Kontakt weitergebildet sind.
[0010] Die erfindungsgemäße Signaleinrichtung ist besonders vorteilhaft verwendbar bei einer Stellvorrichtung, die ein mittels eines hydraulisch beaufschlagten Kolbens in einem Gehäuse verlagerbares Verstellelement umfaßt, dem anschlagseitig eine hydraulische Anschlag-Dämpfungseinrichtung zugeordnet ist.
[0011] Damit der Werker bei einer Stellvorrichtung mit und ohne Anschlag-Dämpfungseinrichtung jeweils die exakte Einstellung der Ausgangsposition des Verstellelementes gezielt bewirkt, wird nach Teilmerkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen, daß der Anschlag antriebsseitig über ein zweites Verzahnungspaar mit dem wellenseitig über ein erstes Verzahnungspaar verbundenen Verstellelement in kinematischer Wirkverbindung steht derart, daß bei drehfest gehaltenem Antriebsrad und drehfixierter Welle mittels einer Drehbewegung einer Lagerbuchse über ein ansetzbares Werkzeug um eine gelöste Zentralverschraubung der Stellvorrichtung mit der Welle das Verstellelement in Anschlagposition verlagert bzw. gezogen ist. Mit dieser erfinderischen Ausgestaltung wird unter Ausnützung der zueinander unterschiedlich gerichteten antriebseitigen und wellenseitigen Verzahnungen ohne großen Kraftaufwand das jeweilige Restöl sicher verdrängt, wobei mit der wirksam werdenden Signaleinrichtung die Verschraubung der Stellvorrichtung mit der Welle in der angezeigten exakten Anschlagposition eingeleitet wird.
[0012] Die vorbeschriebene Vorgehensweise kann im Reparaturfall der Brennkraftmaschine mit Handwerkzeugen durchgeführt werden. Die vorgenannte, erfindungsgemäße Vorgehensweise kann in der Serienfertigung einer Brennkraftmaschine weitestgehend automatisiert werden. Hierfür ist die Stellvorrichtung in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung derart ausgebildet, daß die Lagerbuchse stimseitig Einrichtungen zum Dreheingriff eines Anschlag-Drehautomaten aufweist, und daß die Zentralverschraubung einen von einem Schraubautomaten faßbaren Schraubenkopf aufweist, und daß der zum Anschlag-Drehautomaten koaxial angeordnete Schraubautomat über die in Anschlagposition des Verstellelementes bestromte Signaleinrichtung angesteuert ist.
[0013] Mit dieser erfinderischen Ausgestaltung ist eine prozeßsichere Montage der Stellvorrichtung an der Welle erreicht, wobei die drehfeste Verschraubung der Stellvorrichtung mit der Welle bzw. Nockenwelle nur bei aktivierter Signaleinrichtung erfolgt, die der exakten Einstellung der auf eine Maschinen-Referenzstellung bezogenen Anschlagposition des Verstellelementes entspricht. Bei mittels einer Nockenwelle ventilgesteuerter Brennkraftmaschine entspricht die exakte Anschlagposition des Verstellelementes im übrigen die sog. Späteinstellung der Nockenwelle dem Spätanschlag des Verstellelementes. Damit ist in vorteilhafter Weise auch eine genaue Einstellung der Steuerzeiten der Ventile erzielt.
[0014] Die Erfindung ergibt den weiteren Vorteil, daß die Reibung in den Verzahnungen, der Ölstand sowie die Ölviskosität und femer mechanische Toleranzen der Stellvorrichtung ohne Auswirkung auf die Einstellgenauigkeit der Stellvorrichtung relativ zur Nockenwelle sind.
[0015] Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Stellvorrichtung im Längsschnitt beschrieben.
[0016] Es zeigt
- Figur 1
- die Stellvorrichtung im Längsschnitt unten mit einem Verstellelement in der Anschlagposition und
- Figur 2
- die Stellvorrichtung im Längsschnitt oben mit dem Verstellelement in maximaler Winkelverstellung der Nockenwelle relativ zum Antriebsrad.
[0017] Eine Stellvorrichtung 10 zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle 11 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine 12 gegenüber einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad 13 umfaßt ein Verstellelement 14, das mittels paarweise angeordneter Verzahnungen 15, 15' und 16, 16' das Antriebsrad 13 mit der Nockenwelle 11 drehfest verbindet und mittels eines hydraulisch beaufschlagten Kolbens 17 über die wellen- und antriebsseitigen Verzahnungen 15, 15' und 16, 16' gesteuert/geregelt axial verlagerbar ist zwischen den mit 18 und 19 bezeichneten Positionen.
[0018] Das Verstellelement 14 ist mit dem Kolben 17 in der Position 18 in einer auf den Zünd-OT des ersten Zylinders der Brennkraftmaschine bezogenen Anschlagposition, die in bezug auf die Nockenwelle 11 deren äußerster, auf die o.g. Maschinen-Referenzstellung bezogener Spätstellung entspricht. In dieser Anschlagposition 18 liegt das Verstellelement 14 über seinen Kolben 17 an einem ringfömigen Anschlag 20 der Stellvorrichtung 10 an.
[0019] Bei einer Montage der Stellvorrichtung 10 an der Nockenwelle 11 - in der Serienfertigung der Brennkraftmaschine 12 oder bei deren Reparatur in einer Werkstätte - ist für eine exakte Einstellung der Steuerzeiten der nicht gezeigten Gaswechselventile der Brennkraftmaschine 12 die Stellvorrichtung 10 relativ zur abgesteckten bzw. drehfixierten Nockenwelle 11 exakt in der Anschlagposition 18 drehfest zu verbinden.
[0020] Da aufgrund der geschlossenen Gestaltung der Stellvorrichtung 10 das exakte mechanische Anliegen des Kolbens 17 des Verstellelementes 14 am Anschlag 20 weder optisch beobachtbar noch bei zähem Öl zwischen Anschlag 20 und Kolben 17 fühlbar ist, ist erfindungsgemäß in einer montageabhängigen Referenzstellung der Brennkraftmaschine 12 - Zünd-OT im 1. Zylinder - eine die Anschlagposition 18 des Verstellelementes 14 bzw. des Kolbens 17 am Anschlag 20 anzeigende Signaleinrichtung 21 vorgesehen.
[0021] Die vorzugsweise elektrisch/elektronisch ansteuerbare Signaleinrichtung 21 dient bei einem Reparaturfall der Brennkraftmaschine 12 einer optischen und/oder akustischen Anzeige der Anschlagposition 18 des Verstellelementes 14 bzw. dessen Kolben 17. Für die Montage der Stellvorrichtung 10 in der Serienfertigung der Brennkraftmaschine 12 an der Nockenwelle 11 dient die Signaleinrichtung 21 der Ansteuerung eines Schraubautomaten 22, dessen Einsatz später beschrieben ist.
[0022] Die Signaleinrichtung 21 umfaßt einen in Anschlagposition 18 vom Verstellelement 14 bzw. vom Kolben 17 beaufschlagten Kontakt 23 eines elektrischen Leitungsabschnittes 24, der Teil eines Versorgungs- oder Steuer-Stromkreises 25 ist. Vorzugsweise ist jeder Kontakt 23 einschließlich seines Leitungsabschnittes 24 in einem aus elektrisch isolierenden Kunststoff gebildeten Anschlag 20 angeordnet, wobei jeder Leitungsabschnitt 24 am kontaktfernen Ende im Bereich der freien Stimseite 26 des Anschlages 20 eine Verbindungsstelle 27 aufweist zum Schließen des jeweiligen Stromkreises 25.
[0023] Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der mit dem Verstellelement 14 antriebsfest verbundene Kolben 17 anschlagseitig einen ringförmigen Vorsprung 28 aufweist, der bei Annäherung an die Anschlagposition 18 in eine ringförmige Nut 29 im Anschlag 20 eintaucht, wobei Vorsprung 28 und Nut 29 maßlich derart aufeinander abgestimmt sind, daß eine hydraulische Anschlag-Dämpfungseinrichtung 30 erzielt ist. Um den im antriebseitigen Gehäuse 31 öldicht geführt angeordneten Kolben 17 des Verstellelementes 14 bei einer Serien- oder Reparatur-Montage der Stellvorrichtung 10 ohne Restöl in der Dämpfungseinrichtung 30 in Anschlagposition 18 mit den Kontakten 23 in Verbindung zu bringen, ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Stellvorrichtung 10 vorgesehen.
[0024] Zur Erzielung einer exakten Anschlagposition 18 für einen korrekten Spätanschlag der Nockenwelle 11 steht der Anschlag 20 antriebsseitig über das zweite Verzahnungspaar 16, 16' mit dem wellenseitig über das erste Verzahnungspaar 15, 15' verbundenen Verstellelement 14 in kinematischer Wirkverbindung derart, daß bei drehfest gehaltenem Antriebsrad 13 und drehfixierter Nockenwelle 11 mittels einer Drehbewegung einer die Verzahnung 15 tragenden Lagerbuchse 37 über ein ansetzbares Werkzeug 32 um eine leicht angezogene Zentralverschraubung 33 der Stellvorrichtung 10 mit der Nockenwelle 11 das Verstellelement 14 bzw. der Kolben 17 in Anschlagposition 18 verlagert ist, wobei Restöl aus der Dämpfungseinrichtung 30 verdrängt ist.
[0025] Für eine weitgehend automatisierte Serienmontage der Stellvorrichtung 10 weist die Lagerbuchse 37 stimseitig Einrichtungen 34 zum Dreheingriff eines Anschlag-Drehautomaten 32' auf, femer weist die Zentralverschraubung 33 einen von dem Schraubautomaten 22 faßbaren Schraubenkopf 35 auf, wobei femer der zum Anschlag-Drehautomaten 32' koaxial angeordnete Schraubautomat 22 über die in Anschlagposition 18 des Verstellelementes 14 bzw. des Kolbens 17 bestromte Signaleinrichtung 21 angesteuert ist zur festen Verschraubung der Stellvorrichtung 10 mit der Nockenwelle 11 über die Zentralverschraubung 33.
[0026] Wie aus der Zeichnung weiter ersichtlich, ist im Stromkreis 25 der Signaleinrichtung 21 ein mit der Verbindungstelle 27 der Leitungsabschnitte 24 kontaktierender Ring 36 vorgesehen, wobei an den elastisch nachgiebig abgestützten Ring 36 positives Potential angelegt ist, während die Verstelleinrichtung 14 bzw. der Kolben 17 über weitere Teile der Stellvorrichtung 10 mit der Brennkraftmaschine 12 an Masse liegt.
- die ein jeweils mittels paarweise angeordneter Verzahnungen (15, 15'; 16, 16') ein Antriebsrad (13) mit der Welle (11) drehfest mitnehmendes, gesteuert/geregelt in antriebs- und wellenseitigen Verzahnungen (15, 15'; 16, 16') verlagerbares Verstellelement (14) umfasst, das
- in einer der der Erstmontage und/oder der Reparatur der Brennkraftmaschine (12) dienenden Maschinen-Referenzstellung (1) einem Anschlag (20) der Stellvorrichtung (10) zuordbar ist,
dadurch gekennzeichnet,- dass der Anschlag (20) antriebseitig über das zweite Verzahnungspaar (16, 16') mit dem weilenseitig über das erste Verzahnungspaar (15, 15') verbundenen Verstellelement (14) in kinematischer Wirkverbindung steht derart,
- dass in einer montageabhängigen Referenzstellung der Maschine (12) bei drehfest gehaltenem Antriebsrad (13) und drehfixierter Welle (11) mittels einer Drehbewegung einer eine wellenseitige Verzahnung (15) aufweisenden Lagerbuchse (37) über ein ansetzbares Werkzeug (32 bzw. 32') um eine leicht angezogene Zentralverschraubung (33) der Stellvorrichtung (10) mit der Welle (11) das Verstellelement (14) in Anschlagposition (18) verlagert ist, in der
- ein mit dem Verstellelement (14) verbundener Kolben (17) mit einem Kontakt (23) eines elektrischen Leitungsabschnittes (24) eines Versorgungs- oder Steuer-Stromkreises (25) einer die Anschlagposition (18) anzeigenden Signaleinrichtung (21) zusammenwirkt.
- daß eine elektrisch/elektronisch ansteuerbare Signaleinrichtung (21) vorgesehen ist, die
- einer optischen und/oder akustischen Anzeige und/oder einer Ansteuerung eines Montageautomaten (22, 32') dient.
- daß der Kontakt (23) einschließlich des Leitungsabschnittes (24) in einem aus elektrischen Isolierstoff gebildeten Anschlag (20) angeordnet ist, wobei
- der Leitungsabschnitt (24) am kontaktfemen Ende im Bereich der freien Stimseite (26) des Anschlages (20) eine Verbindungsstelle (27) aufweist.
- daß mehrere miteinander elektrisch verbundene Kontakte (23) am Anschlag (20) verteilt angeordnet sind, die
- gegebenenfalls zu einem ringförmigen Kontakt weitergebildet sind.
- daß die Lagerbuchse (37) stimseitig Einrichtungen (34) zum Dreheingriff eines Anschlag-Drehautomaten (32') aufweist, und
- daß die Zentralverschraubung (33) einen von einem Schraubautomaten (22) faßbaren Schraubenkopf (35) aufweist, und
- daß der zum Anschlag-Drehautomaten (32') koaxial angeordnete Schraubautomat (22) über die in Anschlagposition (18) des Verstellelementes (14) bestromte Signaleinrichtung (21) angesteuert ist
- comprising an adjusting element (14) entraining a drive wheel (13) co-rotatably with the shaft (11) via pairs of teeth (15, 15'; 16, 16') and movable under closed-loop or open-loop control in teeth (15, 15'; 16, 16') on the drive side and on the shaft side,
- the adjusting element being associated with a stop (20) of the adjusting device (10) in an engine reference system (1) for the purpose of initial assembly and/or repair of the engine (12),
characterised in that- the stop (20) on the drive side is in kinematically operative connection via the second pair of teeth (16, 16') to the adjusting element (14) connected via the first pair of teeth (15, 15') on the shaft side, so that
- when the engine (12) is in a reference position dependent on assembly and the drive wheel (13) is held non-rotatably and the shaft (11) is fixed in rotation the adjusting element (14) is moved in the stop position (18) by a rotary motion of a bearing bush (37) comprising teeth (15) on the shaft side, the motion being effected by an attachable tool (32 or 32') round a slightly tightened means (33) for centrally screwing the adjusting device (10) to the shaft (11), and
- in the stop position (18) a piston (17) connected to the adjusting element (14) co-operates with a contact (23) of an electric line portion (24) of a supply or control circuit (25) of a signal means (21) indicating the stop position (18).
- an electrically or electronically controllable signal device (21) is provided and
- is used for optical and/or acoustic indication and/or for actuation of an assembly robot (22, 32').
- the contact (23) including [that] of the line portion (24) is disposed in a stop (20) made of electrically insulating material, wherein
- at the end remote from the contact the line portion (24) has a connecting place (27) in the region of the free end face (26) of the stop (20).
- a number of electrically connected contacts (23) are distributed at the abutment (20) and
- if required are extended to form an annular contact.
- the bearing bush (37) at its end face has means (34) for rotatable engagement of a stop-turning robot (32') and
- the central screwing means (33) comprises a screw head (35) for engagement by a screwing robot (22), and
- the screwing robot (22), disposed coaxially relative to the stop-turning robot (32'), is actuated by the signal device (21), energised in the stop position (18) of the adjusting element (14).
- un élément de réglage (14) déplaçable chaque fois à l'aide de paires de dentures (15, 15'; 16, 16') entraînant solidairement en rotation une roue d'entraînement (13) avec l'arbre (11), de manière commandée/réglée dans les dentures du côté de l'entraînement et de l'arbre (15, 15' ; 16, 16'),
- cet élément de réglage étant associé dans une position de référence de moteur (1) servant au premier montage et/ou à la réparation du moteur thermique (12) à une butée (20) du dispositif de calage (10),
caractérisé en ce que- la butée (20) coopère cinématiquement du côté de l'entraînement par la seconde paire de dentures (16, 16') avec l'élément de réglage (14) relié du côté de l'arbre par la première paire de dentures (15, 15'), de façon que,
- dans une première position de référence dépendant du montage du moteur (12), la roue d'entraînement (13) étant maintenue fixe en rotation et l'arbre (11) étant maintenu fixe en rotation, à l'aide d'un mouvement de rotation d'un coussinet de palier (37) ayant une denture (15) du côté de l'arbre, un outil (32, 32') mis en place règle l'élément de réglage (14) en position de butée (18), par un vissage central (33) légèrement serré du dispositif de calage (10) relié à l'arbre (11),
- et dans cette position de butée, un piston (17) relié à l'élément de réglage (14) coopère avec un contact (23) d'un segment de conducteur électrique (24) d'un circuit électrique d'alimentation et de commande (25) d'une installation de signalisation (21) indiquant la position de butée (18).
caractérisé en ce qu'
- il comporte une installation de signalisation (21) à commande électrique/électronique, et
- cette installation de signalisation sert à l'affichage optique et/ou acoustique et/ou à la commande d'un automate de montage (22, 32').
caractérisé en ce que
- le contact (23) y compris le segment de conducteur (24) est monté dans une butée (20) formée de matière électrique isolante,
- le segment de conducteur (24) ayant à l'extrémité éloignée du contact, dans la zone de l'extrémité frontale libre (26) de la butée (20), un point de liaison (27).
caractérisé en ce que
- plusieurs contacts (23) reliés électriquement sont prévus répartis sur la butée (20),
- le cas échéant, ces contacts sont en forme de contact annulaire.
caractérisé en ce qu'
un piston (17) hydraulique de l'élément de réglage (14) mobile dans un boîtier (31), comporte du côté de la butée, une installation d'amortissement de butée hydraulique (30).
caractérisé en ce que
- le coussinet (37) comporte du côté frontal, des moyens (34) pour permettre la prise en rotation d'un automate de rotation de butée (32'), et
- le vissage central (33) comporte une tête de vis (35) qui peut être prise par un automate de vissage (22), et
- l'automate de vissage (22) coaxial à l'automate de rotation de butée (32') est commandé par l'installation de signalisation (21) alimentée par l'élément de réglage (14) en position de butée (18).