DE102006007671A1 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, 9b) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Innenrotor (23) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Außenrotor (22), wobei der Innenrotor (22) einen konstanten Phasenbezug zu einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) aufweist, wobei die Vorrichtung (10) ein oder mehrere Kupplungselemente (44) aufweist, in die eine Antriebswelle (12) eines Zusatzaggregates (11) eingreifen kann, und wobei mittels des oder der Kupplungselemente (44) Drehmoment von der Vorrichtung (10) auf die Antriebswelle (12) übertragen werden kann. Dabei wird vorgeschlagen, das oder die Kupplungselemente (44) drehfest mit dem Innenrotor (23) zu verbinden oder einteilig mit diesem auszubilden.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Innenrotor und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Außenrotor, wobei der Innenrotor einen konstanten Phasenbezug zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aufweist, wobei die Vorrichtung ein oder mehrere Kupplungselemente aufweist, in die eine Antriebswelle eines Zusatzaggregates eingreifen kann, und wobei mittels des oder der Kupplungselemente Drehmoment von der Vorrichtung auf die Antriebswelle übertragen werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine und einem Zusatzaggregat, welches von einer Antriebswelle über die Vorrichtung angetrieben wird.
• Hintergrund der Erfindung
• Dem Fachmann auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist allgemein bekannt, dass moderne Brennkraftmaschinen neben einer Vielzahl von Aggrega ten auch mit einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (Nockenwellenversteller), beispielsweise einer Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung ihrer Nockenwelle gegenüber ihrer Kurbelwelle, ausgerüstet sind, um die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine stufenlos verändern zu können. Des Weiteren sind Zusatzaggregate vorgesehen welche vom Steuertrieb der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Derartige Zusatzaggregate können beispielsweise Vakuumpumpen für Servoverbraucher sein, beispielsweise um den für einen Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeuges notwendigen Unterdruck zu erzeugen.
• Die üblicherweise verwendeten Vorrichtungen zur Drehwinkelverstellung sind dabei im Prinzip als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, der entweder als sogenannter Axialkolbenversteller oder ähnlich wie die aus der EP 0 818 609 B1 bekannte Vorrichtung als sogenannter Rotationskolbenversteller ausgeführt ist. Diese Vorrichtung ist am antriebsseitigen Ende der in mehreren Radiallagern im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle angeordnet und besteht im Wesentlichen aus einer mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit und aus einer drehfest mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Abtriebseinheit. Die Abtriebseinheit ist dabei konkret als Flügelrad (im Folgenden Innenrotor genannt) ausgebildet und durch eine axiale Zentralschraube an der Nockenwelle befestigt. Die Antriebseinheit ist als die Abtriebseinheit umschließender Hohlzylinder (im Folgenden Außenrotor genannt) ausgebildet, wobei diese Anordnung durch zwei axiale Seitenwände druckmitteldicht verschließbar ist. Durch mehrere am Außenrotor ausgebildete, radiale Begrenzungswände und mehrere an dem Innenrotor ausgebildete oder angebrachte radiale Flügel werden innerhalb der Vorrichtung zwischen jeweils zwei Begrenzungswänden jeweils zwei wahlweise oder gleichzeitig mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagbare Druckkammern gebildet, über welche der Außenrotor mit dem Innenrotor in Kraftübertragungsverbindung steht. Als hydraulisches Druckmittel für die Vorrichtung wird dabei beispielsweise das aus einem der Radiallager der Nockenwelle oder einem Ölverteiler entnommene Schmier öl der Brennkraftmaschine verwendet, welches über radiale und axiale Ölkanäle der Vorrichtung zugeführt wird.
• Alternativ dazu kann auch der Innenrotor in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle stehen und der Außenrotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine erste Welle einenends, beispielsweise über ein Ketten-, Riemen- oder Zahnrad, von der Kurbelwelle angetrieben wird. Am anderen Ende dieser ersten Welle kann ein Nockenwellenversteller angeordnet sein, wobei der Innenrotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Eine zweite Welle kann in diesem Fall in Antriebsverbindung, beispielsweise über einen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb, mit dem drehbar zu dem Innenrotor angeordnete Außenrotor des Nockenwellenverstellers stehen. Dabei kann es sich bei der ersten Welle beispielsweise um eine Einlassnockenwelle (Auslassnockenwelle) und bei der zweiten Welle um eine Auslassnockenwelle (Einlassnockenwelle) handeln. In diesem Fall sind die Steuerzeiten der Einlassnockenwelle (Auslassnockenwelle) fest gewählt. Die Steuerzeiten der anderen Nockenwelle aber über den Nockenwellenversteller variierbar.
• Die bei Brennkraftmaschinen üblicherweise verwendeten Vakuumpumpen für einen Servoverbraucher sind dagegen zumeist als Flügelzellenpumpe ausgebildet, wie sie beispielsweise aus der DE 85 18 157 U1 hervorgeht. Diese Vakuumpumpe ist auf einer gemeinsamen Längsachse mit der Nockenwelle im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet und besteht im Wesentlichen aus einem ortsfest zum Zylinderkopf oder Zylinderkopfdeckel der Brennkraftmaschine angeordneten Gehäuse mit einem Lagerstutzen und aus einem in dem Gehäuse angeordneten Rotor mit einer Antriebswelle, die in dem in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine hineinragenden Lagerstutzen des Gehäuses drehbar gelagert ist. In die Stirnseite der Antriebswelle sind dabei zwei Ausnehmungen eingearbeitet, in die zwei an der Stirnseite der Nockenwelle angeformte Kupplungslappen eingreifen und somit die Drehbewegung der Nockenwelle auf die Antriebswelle der Vakuumpumpe übertragen. Zusätzlich weist die Nockenwelle noch einen zu deren Stirnseite führenden axialen Schmierölkanal auf, der einerseits über ein Kupplungsrohr mit einem axialen Schmierölsammel raum in der Antriebswelle der Vakuumpumpe und andererseits mit dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden ist, so dass die Vakuumpumpe zugleich mit dem Schmieröl der Brennkraftmaschine geschmiert wird.
• In der DE 102 60 546 A1 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, die sowohl mit einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen, als auch mit einem Zusatzaggregat ausgestattet ist. Das Zusatzaggregat, in diesem Fall eine Vakuumpumpe, ist mit einer Antriebswelle ausgestattet, welche mittels einer Kupplung drehfest mit dem Außenrotor oder mit drehfest mit dem Außenrotor verbundenen Bauteilen verbunden ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Zusatzaggregat mittels eines Verbindungsrohres über einen innerhalb der Zentralschraube ausgebildeten Kanal mit Schmiermittel versorgt wird.
• Diese Anbindung der Antriebswelle an den Außenrotor oder außenrotorfeste Bauteile hat sich für Ausführungsformen, in denen der Innenrotor in einer festen Phasenbeziehung zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine steht, als nachteilig herausgestellt. In diesen Ausführungsformen rotiert der Innenrotor mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle, wobei ein fester Phasenbezug gehalten wird. Ein drehbar zu dem Innenrotor angeordneter Außenrotor weist während eines Verstellvorgangs der Vorrichtung keinen festen Phasenbezug zur Kurbelwelle auf. Der Außenrotor wird, abhängig von der Richtung der Verstellung kurzzeitig beschleunigt oder abgebremst. Im Falle einer drehfesten Verbindung zwischen dem Außenrotor und der Antriebswelle des Zusatzaggregats werden zum einen auf diese Weise unerwünschte Drehungleichförmigkeiten über die Antriebswelle in das Zusatzaggregat eingespeist. Ein weiterer gravierender Nachteil erwächst aus dem höheren Trägheitsmoment des zu verstellenden Bauteils. Da in dieser Ausführungsform das zu verstellende Bauteil, der Außenrotor, starr mit der Antriebswelle und damit beispielsweise dem Rotor einer Flügelzellenpumpe verbunden ist, muss während des Verstellvorgangs ein deutlich erhöhtes Trägheitsmoment beschleunigt werden. Dies führt zu einer erheblichen Verringerung der Verstellgeschwindigkeit und des Ansprechverhaltens des Nockenwellenverstellers und damit, unter anderem, zu erhöhten Emissionswerten, geringerer Leistung und geringerem Drehmoment der Brennkraftmaschine.
• Weiterhin nachteilig ist die Schmiermittelzufuhr von dem Nockenwellenversteller zum Zusatzaggregat über die sich zueinander drehenden Bauteile (innenrotorfeste Zentralschraube und außenrotorfeste Antriebswelle des Zusatzaggregats).
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und somit eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, die geeignet ist ein Zusatzaggregat, wie beispielsweise eine Vakuumpumpe, gleichförmig anzutreiben, ohne dass negative Auswirkungen auf die Verstellgeschwindigkeit und das Ansprechverhalten der Vorrichtung auftreten.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das oder die Kupplungselemente drehfest mit dem Innenrotor verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet sind.
• Durch die drehfeste Verbindung der Antriebswelle des Zusatzaggregats mit dem Innenrotor, der in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine einen feste Phasenbezug zur Kurbelwelle aufweist, wird die bewegte Masse des Zusatzaggregats vom zu verstellenden Bauteil, in diesem Fall dem Außenrotor entkoppelt. Dadurch beeinflusst das Zusatzaggregat die Verstellgeschwindigkeit und das Ansprechverhalten des Verstellers nicht negativ und trägheitsbedingte Überschwinger der Phasenlage am Ende eines Verstellvorgangs werden vermieden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Zusatzaggregat eine Vakuumpumpe, beispielsweise für einen Servoverbraucher ist.
• In einer Konkretisierung der Erfindung ist der Innenrotor mittels einer Zentralschraube an der Nockenwelle befestigt. Dabei kann vorgesehen sein, das oder die Kupplungselemente an der Zentralschraube auszubilden.
• In Anwendungsfällen, in denen der Innenrotor mittels einer Zentralschraube mit der Nockenwelle verbunden ist stellt diese Ausführungsform eine kostengünstige Lösung dar. Die Anzahl der Bauteile erhöht sich nicht und es sind nur geringfügige Modifikationen beispielsweise an dem Schraubenkopf nötig, welche kostenneutral realisiert werden können. Dabei können die Kupplungselemente beispielsweise als Nuten am Schraubenkopf der Zentralschraube ausgebildet sein. Alternativ können die Kupplungselemente als an der Zentralschraube, beispielsweise deren Schraubenkopf, ausgeformte innen- oder außenliegende Schlüsselflächen ausgebildet sein.
• Alternativ kann ein Mitnehmer vorgesehen sein, der das oder die Kupplungselemente aufweist und einteilig mit dem Innenrotor ausgeführt oder separat zu diesem ausgebildet und drehfest mit dem Innenrotor verbunden ist.
• Dabei kann vorgesehen sein, dass der separate Mitnehmer und der Innenrotor mittels einer Zentralschraube drehfest an der Nockenwelle befestigt sind. Darüber hinaus kann der Mitnehmer topfförmig ausgebildet sein, wobei die Zentralschraube den Boden des Mitnehmers durchgreift.
• In Anwendungsfällen, in denen der Rotor von außen zugänglich ist, stellt die Ausbildung der Kupplungselemente direkt an dem Rotor eine kostengünstige Lösung dar. In diesen Fällen ist zumindest der nockenwellenabgewandte Seitendeckel mit einer zentralen Bohrung ausgebildet, die es dem einteilig mit dem Innenrotor ausgebildeten Mitnehmer oder den Kupplungselementen erlaubt diese in axialer Richtung zu durchgreifen. Alternativ können die Kupplungselemente, beispielsweise sich axial erstreckende Stifte, den Seitendeckel im Bereich von in Umfangrichtung verlaufenden Nuten durchgreifen.
• Die Kupplungselemente können bereits im formgebenden Werkzeug, beispielsweise in einer Sinterform, kostenneutral berücksichtigt werden.
• Im Falle von außen schwer zugänglicher Innenrotoren kann die Antriebswelle des Zusatzaggregats mittels eines oder mehrerer separat zum Innenrotor gefertigter Mitnehmer angetrieben werden, wobei der oder die Mitnehmer mit dem Innenrotor drehfest verbunden sind. Eine kostengünstige Lösung kann durch die Befestigung des Mitnehmers über die Zentralschraube realisiert werden, die den Innenrotor drehfest mit der Nockenwelle verbindet. Dabei ist der Mitnehmer im Pressverband Schraube – Innenrotor – Nockenwelle angeordnet. Durch die Ausbildung des Mitnehmers mittels eines spanlosen Umformverfahrens aus einem Blechteil kann dieser kostengünstig hergestellt werden.
• Die Ausbildung der Kupplungselemente kann auf eine Vielzahl von Arten erfolgen. Eine kostengünstige Ausführungsform kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das oder die Kupplungselemente als Nuten oder Vorsprünge ausgebildet sind, welche komplementär zu auf der Antriebswelle vorgesehenen Vorsprüngen oder Nuten ausgebildet sind.
• Im Falle einer Vorrichtung, deren Innenrotor mittels einer Zentralschraube an der Nockenwelle befestigt ist kann vorgesehen sein, dass die Zentralschraube mit einem im Wesentlichen axial verlaufenden Schmiermittelkanal ausgebildet ist, dem nockenwellenseitig Schmiermittel zugeführt werden kann, wobei im Bereich des oder der Kupplungselemente zumindest eine Austrittsöffnung vorgesehen ist, die in eine Aufnahmeöffnung mündet. Diese Austrittsöffnung kann beispielsweise zentral am Schraubenkopf der Zentralschraube ausgebildet sein. Ein innerhalb der Antriebswelle angeordnetes Verbindungsrohr, welches ebenfalls einen Schmiermittelkanal aufweist, kann in dieser Ausführungsform in die Aufnahmeöffnung eingreifen, wodurch die Schmiermittelversorgung des Zusatzaggregats gewährleistet werden kann. Dabei kann die Außenkontur des Verbindungsrohres der Innenkontur der Aufnahmeöffnung angepasst sein, wodurch Leckage vermieden wird. In den Fällen, in denen das Verbindungsrohr und die Antriebswelle des Zusatzaggregats einteilig ausgeführt oder drehfest miteinander verbunden sind, wird auf diese Weise eine Relativbewegung der Außenkontur des Verbindungsrohrs zur Innenkontur der Aufnahmeöffnung des Schmiermittelkanals verhindert. Dadurch wird Verschleiß und damit Schmiermittelleckage an dieser Verbindungsstelle vermieden.
• In Brennkraftmaschinen mit einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine und einem Zusatzaggregat, welches von einer Antriebswelle über die Vorrichtung angetrieben wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen die Vorrichtung nach einer der vorher beschriebenen Ausführungsformen auszubilden.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen in denen Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
• 1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
• 2a einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung, die mittels einer Zentralschraube drehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist,
• 2b einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus 2a entlang der Linie IIB-IIB,
• 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z aus 2a,
• 4 einen Draufsicht auf den Mitnehmer und die Zentralschraube entlang des Pfeils IV in 2a,
• 5 einen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung,
• 6 einen Zentralschraube der in 5 dargestellten Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,
• 7 einen Längsschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Ausfüh rung einer Vorrichtung,
• 8 einen Längsschnitt durch eine vierte erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung.
• Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
• In 1 ist exemplarisch eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, in der eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 angewendet werden kann. Dabei ist ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über einen ersten Zugmitteltrieb 5a und zwei Zahnräder 6 mit einer Einlassnockenwelle 7a in Antriebsverbindung. An dem von der Antriebsseite abgewandten Ende der Einlassnockenwelle 7a ist auf dieser eine Vorrichtung 10 zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen 9a, 9b angeordnet. Die Vorrichtung 10 treibt über einen zweiten Zugmitteltrieb 5b eine Auslassnockenwelle 7b an. Nocken 8a, 8b der Nockenwellen 7a, 7b betätigen ein Einlassgaswechselventil 9a bzw. ein Auslassgaswechselventil 9b.
• Drehmoment wird von der Kurbelwelle 2 über den ersten Zugmitteltrieb 5a auf die Einlassnockenwelle 7a übertragen, die in einer festen Phasenrelation zur Kurbelwelle 2 steht. Mittels der Vorrichtung 10, des zweiten Zugmitteltriebs 5b und einem Zahnrad 6 wird die Auslassnockenwelle 7b angetrieben, wobei die Steuerzeiten des Auslassgaswechselventils 9b mittels der Vorrichtung 10 variiert werden können.
• Mit 11 ist ein Zusatzaggregat, beispielsweise eine Vakuumpumpe für einen Servoverbraucher, beispielsweise einen Bremskraftverstärker, bezeichnet. Das Zusatzaggregat 11 weist eine Antriebswelle 12 auf, die von der Vorrichtung 10 angetrieben wird.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann auch in anderen Brennkraftmaschinen 1 Einsatz finden, beispielsweise in Brennkraftmaschinen 1 in denen eine beliebige Nockenwelle 7a, 7b mittels eines Zugmitteltriebs 5a angetrieben wird, wobei ein Innenrotor der Vorrichtung 10 in direkter Antriebsverbindung mit dem Zugmitteltrieb 5a steht und ein Außenrotor drehfest mit der Nockenwelle 7a, 7b verbunden ist.
• Die 2a zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 im Längsschnitt. Die Vorrichtung 10 ist mittels einer Zentralschraube 20 an einer Nockenwelle 21 befestigt. Des Weiteren ist ein Abschnitt der Antriebswelle 12 des Zusatzaggregats 11 dargestellt. In 2b ist die Vorrichtung 10 im Querschnitt dargestellt.
• Die Vorrichtung 10 weist einen Außenrotor 22, einen Innenrotor 23 und zwei Seitendeckel 24, 25 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist der Innenrotor 23 mittels der Zentralschraube 20 drehfest mit der Nockenwelle 21 verbunden, die an deren anderen Ende von der Kurbelwelle 2 angetrieben wird.
• Der Innenrotor 23 weist zumindest ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 26 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich zumindest ein, in der dargestellten Ausführungsform fünf, Flügel 27 in radialer Richtung nach außen erstreckt. Dabei können die Flügel 27 einteilig mit dem Nabenelement 26 ausgebildet sein. Alternativ können die Flügel 27, wie in 2b dargestellt, separat ausgebildet und in, an dem Nabenelement 26 ausgebildeten, axial verlaufenden Flügelnuten 28 angeordnet sein, wobei die Flügel 27 mittels nicht dargestellter, zwischen den Nutgründen der Flügelnuten 28 und den Flügeln 27 angeordneten Federelementen radial nach außen mit einer Kraft beaufschlaget werden.
• Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 29 des Außenrotors 22 erstrecken sich mehrere Vorsprünge 30 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 30 einteilig mit der Umfangswand 29 ausgebildet. Denkbar sind aber auch Ausführungsformen, in denen anstatt der Vorsprünge 30 Flügel vorgesehen sind, die an der Umfangswand 29 angebracht sind und sich radial nach innen erstrecken. Der Außenrotor 22 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 30 relativ zu dem Innenrotor 23 drehbar auf diesem gelagert.
• An einer äußeren Mantelfläche der Umfangswand 29 ist ein Kettenrad 6 aus gebildet, mittels welchem eine zweite, nicht dargestellte Nockenwelle über einen ebenfalls nicht dargestellten Kettentrieb angetrieben werden kann. Alternativ kann auch ein Riemen oder Zahnradtrieb vorgesehen sein.
• Je einer der Seitendeckel 24, 25 ist an einer der axialen Seitenflächen des Außenrotors 22 angeordnet und an diesem fixiert. In jedem der Vorsprünge 30 ist zu diesem Zweck eine Axialöffnung 31 vorgesehen, wobei jede Axialöffnung 31 von einem Befestigungselement 32, beispielsweise einem Bolzen oder einer Schraube, durchgriffen wird, welches zur drehfesten Fixierung der Seitendeckel 24, 25 an dem Außenrotor 22 dient.
• Innerhalb der Vorrichtung 10 ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 30 ein Druckraum 33 ausgebildet, der in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 34 benachbarter Vorsprünge 30, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 24, 25, radial nach innen von dem Nabenelement 26 und radial nach außen von der Umfangswand 29 begrenzt wird. In jeden der Druckräume 33 ragt ein Flügel 27, wobei die Flügel 27 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitenwänden 24, 25, als auch an der Umfangswand 29 anliegen. Jeder Flügel 27 teilt somit den jeweiligen Druckraum 33 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 35, 36.
• Der Außenrotor 22 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Innenrotor 23 angeordnet. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Außenrotors 22 dadurch begrenzt, dass zumindest einer der Flügel 27 an einer als Frühanschlag 34a ausgebildeter Begrenzungswand 34 des Druckraums 33 zum Anliegen kommt. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass zumindest ein Flügel 27 an der anderen Begrenzungswand 34, die als Spätanschlag 34b dient, zum Anliegen kommt. Alternativ kann eine Rotationsbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sein, die den Drehwinkelbereich des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 begrenzt.
• Durch Druckbeaufschlagung einer der Druckkammer 35, 36 und Druckentlastung der anderen Druckkammer 35, 36 kann die Phasenlage des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 variiert werden. Durch Beaufschlagung beider Druckkammern 35, 36 kann die Phasenlage der beiden Rotoren 22, 23 zueinander konstant gehalten werden. Als hydraulisches Druckmittel wird in der dargestellten Ausführungsform das aus einem Ölverteiler 37 entnommene Schmieröl der Brennkraftmaschine 1 verwendet. Dieses gelangt von dem Ölverteiler 37 über radiale und axiale Ölkanäle 38 innerhalb der Nockenwelle 21 und über radiale Druckmittelleitungen 39, welche am Innenrotor 23 ausgebildet sind, zu den Druckkammern 35, 36.
• Der Innenrotor 23 ist mittels der Zentralschraube 20 an der Nockenwelle 21 befestigt. Zu diesem Zweck ist der Innenrotor 23 mit einem Absatz 40 ausgebildet, in den die Nockenwelle 21 eingreift. Die Zentralschraube 20 durchgreift eine am Innenrotor 23 ausgebildete Ausnehmung 41 und ist drehfest mit der Nockenwelle 21 verschraubt. Mittels eines Schraubenkopfes 42 der Zentralschraube 20 wird ein Pressverband zwischen der Zentralschraube 20, dem Innenrotor 23 und der Nockenwelle 21 hergestellt und somit der Innenrotor 23 über eine reib-kraftschlüssige Verbindung drehfest mit der Nockenwelle 21 verbunden. Innerhalb dieses Pressverbandes ist ein Mitnehmer 43 angeordnet. Der Mitnehmer 43 ist als topfförmiges Bauteil ausgebildet, welches beispielsweise aus einem Stahlblech mittels eines spanlosen Umformverfahrens hergestellt ist. Die Zentralschraube 20 durchgreift den Boden des topfförmigen Mitnehmers 43 und verbindet diesen drehfest mit dem Innenrotor 23. Der Mitnehmer 43 und der Schraubenkopf 42 der Zentralschraube 20 sind in den 3 und 4 in vergrößerter Form dargestellt. Wie in den Figuren deutlich zu erkennen ist, sind an dem Mitnehmer 43 Kupplungselemente 44 ausgebildet, in die komplementäre Kupplungselemente der Antriebswelle 12 des Zusatzaggregats 11 eingreifen können. In der dargestellten Ausführungsform sind die Kupplungselemente 44 als Schlitze bzw. Nuten in einem kreisförmig umlaufenden, im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Rand des Mitnehmers 43 ausgebildet. Wie in 2a zu erkennen ist greifen in die Kupplungselemente 44 komplementäre Kupplungselemente der Antriebswelle 12 des Zusatzaggregats 11 ein. Somit ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 12 und dem Innenrotor 23 hergestellt.
• Die Schmierung des Zusatzaggregats 11 erfolgt in dieser Ausführungsform über ein innerhalb der Antriebswelle 12 angeordnetes Verbindungsrohr 46. Zu diesem Zweck ist die Zentralschraube 20 mit einem axialen Schmiermittelkanal 47 ausgebildet, welcher einenends über ein Radiallager 37a mit Schmiermittel beaufschlagt wird. Der Schraubenkopf 42 ist mit einer Aufnahmeöffnung 48 versehen, in die ein Ende des Verbindungsrohrs 46 dichtend eingreift. Der Schmiermittelkanal 47 mündet über eine Austrittsöffnung 48a in die Aufnahmeöffnung 48. Innerhalb des Verbindungsrohrs 46 ist ein weiterer Schmiermittelkanal 49 ausgebildet, über den vom Schmiermittelmittelkanal 47 in die Aufnahmeöffnung 48 eintretendes Schmiermittel zu dem Zusatzaggregat 11 gelangen kann.
• Alternativ kann die Schmiermittelversorgung des Zusatzaggregats 11 beispielsweise auch direkt über ein Gehäuse des Zusatzaggregats 11 erfolgen.
• 5 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung 10. Diese Ausführungsform ist in weiten Teilen identisch zu der in 2a abgebildeten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wurde hier auf den Mitnehmer 43 verzichtet und die Kupplungselemente 44, wie in 6 dargestellt, direkt in den Schraubenkopf 42 der Zentralschraube 20 eingearbeitet. Die Kupplungselemente 44 können beispielsweise als Nuten 45a am Außenumfang der Zentralschraube 20 oder als innen- oder außenliegende Schlüsselflächen 45b am Schraubenkopf 42 der Zentralschraube 20 ausgebildet sein.
• Die 7 und 8 zeigen zwei weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen einer Vorrichtung 10. Diese sind in weiten Teilen identisch zur ersten Ausführungsform, mit dem Unterschied, dass die Kupplungselemente 44 einteilig mit dem Innenrotor 23 ausgebildet sind.
• In der in 7 dargestellten Ausführungsform sind die Kupplungselemente 44 als sacklochartige Aufnahmen ausgeführt, die an einer axialen Seitenfläche des Innenrotors 23 ausgebildet sind. In diese Aufnahmen greifen an der Antriebswelle 12 ausgebildete Zapfen ein.
• In der in 8 dargestellten Ausführungsform ist ein Mitnehmer 43, an dem die Kupplungselemente 44 ausgebildet sind, oder Kupplungselemente 44 selbst einteilig mit dem Innenrotor 23 ausgebildet. Der Mitnehmer 43 bzw. die beispielsweise als Zapfen ausgebildeten Kupplungselemente 44 durchgreifen an dem nockenwellenabgewandten Seitendeckel 24 ausgebildete, sich in Umfangsrichtung erstreckende Langlöcher in axialer Richtung, wobei die Kupplungselemente 44, beispielsweise Stifte, in komplementäre Kupplungselemente der Antriebswelle eingreifen. Alternativ können die Kupplungselemente auch eine zentrale Öffnung des nockenwellenabgewandten Seitendeckels 24 in axialer Richtung durchgreifen.
• Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers beschränkt. Denkbar ist auch ein Einsatz der Erfindung an einem Axialkolbenversteller, wobei in diesem Fall der Innenrotor 23 als ein nockenwellenfestes und der Außenrotor 22 als ein dazu verdrehbar angeordnetes Element ausgebildet sind. Ebenso denkbar ist der Einsatz der Erfindung in elektromechanischen Verstellern, in denen die Verstellung zwischen Außenrotor 22 und Innenrotor 23 über ein mechanisches Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, ein Innenexzentergetriebe, ein Taumelscheibengetriebe, ein Wellgetriebe oder ähnliche Getriebe, mit Hilfe eines elektrischen Antriebs erfolgt. Hier kann der Innenrotor 23 als nockenwellenfestes und der Außenrotor 23 als dazu drehbar angeordnetes Getriebeelement ausgebildet sein.

1

Brennkraftmaschine

2

Kurbelwelle

3

Kolben

4

Zylinder

5a

Zugmitteltrieb

5b

Zugmitteltrieb

6

Zahnrad

7a

Einlassnockenwelle

7b

Auslassnockenwelle

8a

Nocken

8b

Nocken

9a

Einlassgaswechselventil

9b

Auslassgaswechselventil

10

Vorrichtung

11

Zusatzaggregat

12

Antriebswelle

20

Zentralschraube

21

Nockenwelle

22

Außenrotor

23

Innenrotor

24

Seitendeckel

25

Seitendeckel

26

Nabenelement

27

Flügel

28

Flügelnuten

29

Umfangswand

30

Vorsprung

31

Axialöffnung

32

Befestigungselement

33

Druckraum

34

Begrenzungswand

34a

Frühanschlag

34b

Spätanschlag

35

Druckkammer

36

Druckkammer

37

Ölverteiler

37a

Radiallager

38

Ölkanal

39

Druckmittelleitung

40

Absatz

41

Ausnehmung

42

Schraubenkopf

43

Mitnehmer

44

Kupplungselemente

45a

Nut

45b

Schlüsselflächen

46

Verbindungsrohr

47

Schmiermittelkanal

48

Aufnahmeöffnung

48a

Austrittsöffnung

49

Schmiermittelkanal

Claims (10)

1. Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, 9b) einer Brennkraftmaschine (1) mit • einem Innenrotor (23) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Außenrotor (22), • wobei der Innenrotor (22) einen konstanten Phasenbezug zu einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) aufweist, • wobei die Vorrichtung (10) ein oder mehrere Kupplungselemente (44) aufweist, in die eine Antriebswelle (12) eines Zusatzaggregates (11) eingreifen kann, • und wobei mittels des oder der Kupplungselemente (44) Drehmoment von der Vorrichtung (10) auf die Antriebswelle (12) übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass • das oder die Kupplungselemente (44) drehfest mit dem Innenrotor (23) verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet sind.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzaggregat (11) eine Vakuumpumpe ist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor (23) mittels einer Zentralschraube (20) an der Nockenwelle (21) befestigt ist und das oder die Kupplungselemente (44) an der Zentralschraube (20) ausgebildet sind.
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mitnehmer (43) vorgesehen ist, der das oder die Kupplungselemente (44) aufweist und einteilig mit Innenrotor (23) ausgeführt oder separat zu diesem ausgebildet und drehfest mit dem Innenrotor (23) verbunden ist.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Mitnehmer (43) und der Innenrotor (23) mittels einer Zentralschraube (20) drehfest an der Nockenwelle (21) befestigt sind.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (43) topfförmig ausgebildet ist, wobei die Zentralschraube (20) den Boden des Mitnehmers (43) durchgreift.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (43) mittels eines spanlosen Umformverfahrens aus einem Blechteil hergestellt ist.
8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Kupplungselemente (44) als Nuten (45a) oder Vorsprünge ausgebildet sind, welche komplementär zu auf der Antriebswelle (12) vorgesehenen Vorsprüngen oder Nuten ausgebildet sind.
9. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralschraube (20) mit einem im Wesentlichen axial verlaufenden Schmiermittelkanal (47) ausgebildet ist, dem nockenwellenseitig Schmiermittel zugeführt werden kann, wobei im Bereich des oder der Kupplungselemente (44) zumindest eine Austrittsöffnung (48a) vorgesehen ist.
10. Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (110, 111) der Brennkraftmaschine (100) und einem Zusatzaggregat (11), welches von einer Antriebswelle (12) über die Vorrichtung (10) angetrieben wird, wobei die Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.