CN110159384B - 具有补偿支承部的凸轮轴调节器 - Google Patents

具有补偿支承部的凸轮轴调节器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴调节器，其具有定子(4)和转子(5)，所述转子在定子(4)上沿着转动轴线(z)能以旋转方向(rotZ)转动地支承，此外，在外部的凸轮轴(2)的内部支承的内部的凸轮轴(3)沿着转动轴线(z)与转子(5)形锁合地连接，其中，定子(4)具有至少一个或多个支座(7)，在所述一个或多个支座上沿定子(4)的周向方向朝向互相相反的方向接合有至少两个弹性的补偿元件(11,11’)，从而定子(4)能借助第一补偿元件(11)沿着旋转方向(rotZ)预张紧以及能借助第二补偿元件(11’)逆着旋转方向(rotZ)预张紧。

Description

具有补偿支承部的凸轮轴调节器
技术领域
本发明涉及一种带有定子和转子的凸轮轴调节器，所述转子在定子上沿着转动轴线能以一旋转方向转动地支承，此外，在外部的凸轮轴内部支承的内部的凸轮轴沿着转动轴线与转子形锁合地连接。
背景技术
这样的凸轮轴调节器例如由WO2016/030213A1和WO2011/133452A2已知。
众所周知，可调节的凸轮鉴于其在凸轮轴上的定位特别是在阀控制的内燃机中用于有针对性地改变内燃机的阀门的控制时间，从而可以调整功率以及因此调整发动机的废气排放。为了调节至少一个凸轮，外部的凸轮轴相对于内部的凸轮轴扭转，在所述外部的凸轮轴内共轴地支承内部的凸轮轴。由此，与外部的轴可转动地连接的、然而与内部的凸轮轴固定地连接的凸轮相对于与外部的轴固定地连接的凸轮运动。为了凸轮相互间的调整而使用转子，所述转子支承在定子上并且使内部的轴相对于外部的轴扭转，从而能实现阀门控制时间的相位改变并且因此改变阀门的打开时间。
在运行时和/或在装配凸轮轴调节器的各个构件时会出现位置误差，所述位置误差特别是由取决于系统的必要的公差导致。这样的误差可以导致升高的摩擦力矩甚至各个构件的、特别是在定子和转子之间的锁止。
发明内容
因此，本发明的任务在于，改善并且特别是这样进一步改进凸轮轴调节器，使得克服所述的缺点。特别地，应当提供一种凸轮轴调节器，所述凸轮轴调节器能实现防止在定子和转子之间的锁止的更强的稳定性。
本发明的另一个任务在于，提供一种包括凸轮轴调节器和齿轮的装置，所述装置具有防止在定子和转子之间的锁止的更强的稳定性。
根据本发明，所述任务通过根据本发明所述的凸轮轴调节器以及通过根据本发明所述的装置解决。本发明有利的进一步改进方案在实施例中给出。
凸轮轴调节器具有定子和转子，所述转子在定子上沿着转动轴线能以一旋转方向转动地支承，其中，在外部的凸轮轴的内部支承的内部的凸轮轴还沿着转动轴线与转子形锁合地连接，在这种凸轮轴调节器中特别有利的是，定子具有至少一个或者多个支座，在所述一个或多个支座上沿定子的周向方向朝向互相相反的方向接合有至少两个弹性的补偿元件，从而定子能借助第一补偿元件沿旋转方向预张紧并且能借助第二补偿元件逆着旋转方向预张紧。
由此，能实现的是，定子沿着并且逆着转子的旋转方向较不易活动地支承，而定子沿其他、特别是线性的空间方向与沿转子的旋转方向相比能较灵活地支承。因此，通过定子的沿着以及逆着转子的旋转方向的较不易活动的支承方式可以以高的精度传递凸轮轴的力矩，而在转子和定子之间的位置误差可以借助补偿元件承受和补偿。因此，根据对凸轮轴调节器的需求补偿误差。
以这种方式可以省去定子的非弹性的紧固方式、比如像螺栓紧固方式，这种紧固方式提高了高的摩擦力矩的以及定子的锁止的风险。
以这种方式既能实现凸轮轴调节器在传递凸轮轴力矩时的高精度，也能实现减少高的摩擦力矩的风险、特别是在转子和定子之间的锁止的风险。通过减少在转子和定子之间的摩擦力矩能实现凸轮轴调节器的更高的调节速度。
此外，可以选择适当的补偿元件，定子能借助所述补偿元件不同程度地预张紧。通过这样的选择能够由在整个系统中使用的、特别是在机动车中使用的发动机的、特别是内燃机的激励频谱改变凸轮轴调节器的固有频率，从而能实现凸轮轴调节器的和/或整个系统的提高的调节质量。通过相应的选择，凸轮轴调节器还可以适用于不同的发动机和/或驱动系统和/或质量要求。
定子、转子、内部的凸轮轴和外部的凸轮轴可以有利地相互共轴地设置。
根据本发明，定子具有至少一个或者多个支座，在所述一个或多个支座上沿定子的周向方向朝向互相相反的方向接合有至少两个弹性的补偿元件，从而定子能借助第一补偿元件能沿旋转方向预张紧并且能借助第二补偿元件逆着旋转方向预张紧。因此，这意味着，第一和第二补偿元件的力的主分量分别沿着或者逆着旋转方向指向。由此，确保定子沿着以及逆着转子的旋转方向相对不易活动地支承，而与此相对地，定子沿所有其他空间方向相对灵活地支承。因此，定子沿其他空间方向较灵活地支承，因为比沿着和逆着旋转方向的力更小的力沿与力的各个主分量不同的空间方向起作用。
在此，所述补偿元件可以分别接合在一个支座上或者两个所述补偿元件接合在仅一个支座上。然而，根据本发明，所述补偿元件这样接合在一个或多个支座上，使得所述补偿元件的力的主分量沿周向方向朝向互相相反的方向指向。
特别是，补偿元件可以构造为压力元件。在此，例如特别是可以使用圆柱形的螺旋压力弹簧、锥形的压力弹簧、双锥形的压力弹簧、变化的匝距和弹簧线径的鼓形弹簧、沙漏弹簧以及具有非恒定的弹簧线截面的压力弹簧。
备选地或者除了在内部的凸轮轴和转子之间的形锁合的连接之外，也可以使用力锁合的和/或材料锁合的连接。
特别地，支座可以间接地或者直接地随着定子设置、例如在中间件上设置，所述中间件与定子固定地连接。
优选地，至少两个构造为螺旋压力弹簧的补偿元件接合在支座上。特别地，这样的补偿元件在支座的相应的容纳部中插入。因此，第一和第二补偿元件的压力方向相反地指向。在螺旋压力弹簧的情况下，压力方向相当于力的主分量并且同时相当于弹簧的绕线方向。由此，借助于两个补偿元件沿相反方向对支座并且间接地对定子加载压力。以这样的方式，与其它跟旋转方向成一定角度的方向相比，定子可以沿着以及逆着旋转方向较不易活动地支承。螺旋压力弹簧是补偿元件的有利的并且在不同的预张紧力可用的变型方案。
支座优选直接地和/或一件式地与定子连接。由此，加载路径不是通过可能的固定元件和/或中间元件得出，而是直接从定子得出以及间接地通过转子得出，从而消除了固定元件和/或中间元件失灵的风险。特别是，支座可以与定子一起借助烧结工艺制造，由此可以简单地并且有利地制造定子连同支座。特别地，支座可以由定子的两个相对置的沿定子轴向方向延伸的凹部形成。这样的凹部可以直接在制造定子时或者通过事后的钻孔形成。这样借助在定子中的凹部构造支座是特别节省空间的。备选地或附加地，支座可以形锁合地和/或材料锁合地和/或力锁合地在定子上固定。
支座优选沿定子的轴向方向和/或径向方向延伸。这意味着，支座可以构造为朝向定子的轴向和/或径向延伸部的突出部。由此，凸轮轴调节器的尺寸可以适应在现有的结构空间方面的要求。
定子优选具有多个、特别是三个支座，所述支座特别是以相同的角度间距等距地设置在定子的圆周上。在三个支座的情况下，在所述支座上分别接合两个补偿元件，支座由此分别以120°的角度位错设置。这样的布置方式能实现均匀的力分布、特别是呈在定子上的预张紧力的形式的均匀的力分布。
每个补偿元件优选具有用于与驱动器的齿轮耦联的耦联元件，所述齿轮与外部的凸轮轴形锁合地连接。备选地或除了齿轮和外部的轴的形锁合的连接之外，可以使用力锁合和/或材料锁合的连接。在此，耦联元件用于支座的耦联/固定并且因此用于定子在周围的构件上、特别是在齿轮上的直接或间接的耦联/支承。特别地，齿轮可以共轴地沿着转动轴线设置并且与外部的凸轮轴共轴地、特别是形锁合地固定地连接。然而特别地，用于所述第一和第二补偿元件的耦联元件在此可以一件式地构造，从而用于所述第一补偿元件的耦联元件与用于所述第二补偿元件的耦联元件可以是一个构件。
一种装置包括根据前述实施例之一所述的凸轮轴调节器以及与外部的凸轮轴形锁合地连接的齿轮，对于所述装置特别有利的是，所述齿轮具有至少一个与定子的一个或多个补偿元件相对应的支承配合件，补偿元件支承在所述支承配合件上。
以这样的方式，弹性的补偿元件在支座和支承配合件之间可以在限定的预张紧力下支承。特别地，齿轮可以具有与定子的每个补偿元件相对应的支承配合件，补偿元件借助所述支承配合件上支承在齿轮上。特别地，齿轮的用于第一补偿元件和第二补偿元件的支承配合件在此可以一件式地构造。
备选地或除了在齿轮和外部的凸轮轴之间的形锁合的连接之外，也可以使用一个或多个力锁合和/或材料锁合的连接。
齿轮优选具有至少一个支承配合件，在所述支承配合件上支承两个、特别是构造为螺旋压力弹簧的补偿元件。在此特别地，定子可以借助第一补偿元件沿旋转方向预张紧以及借助第二补偿元件逆着旋转方向预张紧。因此，第一和第二补偿元件的压力方向分别沿着和逆着旋转方向起作用，从而定子沿着并且逆着旋转方向不易活动地支承，而定子沿其他空间方向相对于沿旋转方向灵活地支承。然而特别地，在支承配合件上可以支承两个补偿元件，这两个补偿元件不属于定子的相同的支座。因此，在支承配合件上可以支承接合在第一支座上的补偿元件以及接合在第二支座的补偿元件。
齿轮优选具有至少两个支承配合件，在所述支承配合件上分别承接所述补偿元件中的一个补偿元件，其中，定子借助第一补偿元件沿着旋转方向预张紧以及借助第二补偿元件逆着旋转方向预张紧。以这样的方式，每个补偿元件分别配属于齿轮的一个支承配合件。
齿轮优选具有多个支承配合件、特别是三个支承配合件，所述支承配合件特别是以相同的角度间距等距地设置在齿轮的圆周上。在齿轮的三个支承配合件的情况下，所述支承配合件以120°的角度间距设置，在所述支承配合件上分别支承两个补偿元件。以这样的结构型式，力、特别是预张紧力均匀地分布到齿轮的周向走向上。由此，可以避免可能由力的不均匀的分布而造成的其他位置误差。
附图说明
带有齿轮的凸轮轴调节器的实施例在图中示出。其中：
图1示出穿过凸轮轴调节器的纵剖面；
图2以轴向视图示出凸轮轴调节器。
附图仅示意性地而非按正确比例地呈现。相同的构件和组件在附图中以相同的参照标记标出。
具体实施方式
图1示出穿过凸轮轴调节器10和齿轮1的纵剖面图。凸轮轴调节器10具有定子4，转子5在所述定子上沿着转动轴线Z可转动地支承。内部的凸轮轴3与转子5形锁合地并且力锁合地连接。内部的凸轮轴3另一方面共轴地支承在外部的凸轮轴2中。齿轮1与外部的凸轮轴2形锁合地连接。
此外，在图1中画出带有空间方向X，Y，Z以及旋转方向rotZ的坐标系，转子沿旋转方向可转动地支承。定子4具有与定子4一件式地构造的支座7，第一补偿元件11接合在所述支座上。所述第一补偿元件11构造为螺旋压力弹簧。在支座上还承接有第二补偿元件11’，然而所述第二补偿元件未在图1中示出。借助两个补偿元件11和11’，定子4能沿着以及逆着旋转方向rotZ预张紧。补偿元件11在图1的视图中还未支承在齿轮1上。
图2示出凸轮轴调节器10以及齿轮1的轴向视图。在图2中第一补偿元件11和第二补偿元件11’均以螺旋压力弹簧的形式构造。根据图2的布置方式，补偿元件11和11’形成三个补偿元件对的其中之一。按照图2，定子总共具有三个支座7，所述支座分别以120°的间距等距地设置。此外，齿轮1具有六个支承配合件12,12’。这六个支承配合件12,12’形成三个支承配合件对。在每个支承配合件对12,12’上支承补偿元件11和11’，从而定子4借助补偿元件11和11’沿着以及逆着旋转方向rotZ预张紧。
由此，定子4借助补偿元件11,11’沿着以及反向于旋转方向rotZ相对不易活动地支承，所述定子在其它空间方向、特别是Z,Y,X,rotY以及rotX上相对于旋转方向rotZ较灵活地支承。因此，凸轮轴的转矩可以通过较不易活动的支承方式沿着以及逆着旋转方向rotZ精确传递，而沿其他空间方向的定位误差可以借助所述三个补偿元件对补偿。以这样的方式避免升高的摩擦力矩、特别是在定子4和转子5之间的锁止。通过三个支座7以及三个补偿元件对和齿轮1的三个支承配合件对的布置方式，预张紧力均匀地分布到定子4的和齿轮1的周向走向上。以此方式避免可能由预张紧力的不均匀的分布而造成的其他误差。
1.凸轮轴调节器，其具有定子4和转子5，所述转子在定子4上沿着转动轴线z能以旋转方向rotZ转动地支承，此外，在外部的凸轮轴2的内部支承的内部的凸轮轴3沿着转动轴线z与转子5形锁合地连接，其特征在于，所述定子4具有至少一个或多个支座7，在所述一个/多个支座上沿定子4的周向方向朝向互相相反的方向接合有至少两个弹性的补偿元件11,11’，从而定子4能借助第一补偿元件11沿着旋转方向rotZ预张紧并且能借助第二补偿元件11’逆着旋转方向rotZ预张紧。
2.根据编号1所述的凸轮轴调节器，其特征在于，至少两个构造为螺旋压力弹簧的补偿元件11,11’接合在所述支座7上、特别是插入在相应的容纳部中。
3.根据前述编号之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座7直接地和/或一件式地与定子4连接。
4.根据前述编号之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座7沿定子4的轴向和/或径向方向延伸。
5.根据前述编号之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述定子4具有多个、特别是三个支座7，所述支座特别地以相同的角度间距等距地设置在定子4的圆周上。
6.根据前述编号之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，每个补偿元件11,11’具有用于与驱动器的齿轮1耦联的耦联元件，所述耦联元件与外部的凸轮轴形锁合地连接。
7.一种装置，其包括根据前述编号之一所述的凸轮轴调节器10以及齿轮1，所述齿轮与外部的凸轮轴2形锁合地连接，其特征在于，所述齿轮1具有至少一个与定子的一个/多个补偿元件相对应的支承配合件12，所述补偿元件11,11’借助所述支承配合件支承在齿轮1上。
8.根据编号7所述的装置，其特征在于，所述齿轮1具有至少一个支承配合件12，在所述支承配合件上支承两个、特别是构造为螺旋压力弹簧的补偿元件11，11’，特别地，定子4能借助第一补偿元件11沿着旋转方向rotZ预张紧以及能借助第二补偿元件11’逆着旋转方向rotZ预张紧。
9.根据编号7或8所述的装置，其特征在于，所述齿轮1具有至少两个支承配合件12,12’，在所述支承配合件上分别支承所述补偿元件11,11’其中的一个补偿元件，其中，定子4能借助第一补偿元件11沿着旋转方向rotZ预张紧以及能借助第二补偿元件11’逆着旋转方向rotZ预张紧。
10.根据编号7至9之一所述的装置，其特征在于，所述齿轮1具有多个支承配合件12、特别是三个支承配合件，所述支承配合件特别地以相同的角度间距等距设置在齿轮1的圆周上。

Claims (18)

1.凸轮轴调节器，其具有定子（4）和转子（5），所述转子在定子（4）上沿着转动轴线（z）能以旋转方向（rotZ）转动地支承，此外，在外部的凸轮轴（2）的内部支承的内部的凸轮轴（3）沿着转动轴线（z）与转子（5）形锁合地连接，其特征在于，所述定子（4）具有至少一个或多个支座（7），在所述一个/多个支座上沿定子（4）的周向方向朝向互相相反的方向接合有至少两个弹性的补偿元件（11,11’），从而定子（4）能借助第一补偿元件（11）沿着旋转方向（rotZ）预张紧并且能借助第二补偿元件（11’）逆着旋转方向（rotZ）预张紧。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器，其特征在于，至少两个构造为螺旋压力弹簧的补偿元件（11,11’) 接合在所述支座（7）上。
3.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器，其特征在于，至少两个构造为螺旋压力弹簧的补偿元件（11,11’) 插入在所述支座（7）的相应的容纳部中。
4.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座（7）直接地和/或一件式地与定子（4）连接。
5.根据权利要求2所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座（7）直接地和/或一件式地与定子（4）连接。
6.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座（7）沿定子（4）的轴向和/或径向方向延伸。
7.根据权利要求2所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座（7）沿定子（4）的轴向和/或径向方向延伸。
8.根据权利要求4所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座（7）沿定子（4）的轴向和/或径向方向延伸。
9.根据权利要求5所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述支座（7）沿定子（4）的轴向和/或径向方向延伸。
10.根据前述权利要求1至9之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述定子（4）具有多个支座（7），所述支座以相同的角度间距等距地设置在定子（4）的圆周上。
11.根据权利要求10所述的凸轮轴调节器，其特征在于，所述定子（4）具有三个支座（7）。
12.根据前述权利要求1至9之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，每个补偿元件（11,11’）具有用于与驱动器的齿轮（1）耦联的耦联元件，所述耦联元件与外部的凸轮轴形锁合地连接。
13.一种包括凸轮轴调节器和齿轮的装置，其中凸轮轴调节器和齿轮分别是根据前述权利要求1至12之一所述的凸轮轴调节器（10）以及齿轮（1），所述齿轮与外部的凸轮轴（2）形锁合地连接，其特征在于，所述齿轮（1）具有至少一个与定子的一个/多个补偿元件相对应的支承配合件（12），所述补偿元件（11,11’）借助所述支承配合件支承在齿轮（1）上。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述齿轮（1）具有至少一个支承配合件（12），在所述支承配合件上支承两个补偿元件（11，11’），定子（4）能借助第一补偿元件（11）沿着旋转方向（rotZ）预张紧以及能借助第二补偿元件（11’）逆着旋转方向（rotZ）预张紧。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述齿轮（1）具有至少一个支承配合件（12），在所述支承配合件上支承两个构造为螺旋压力弹簧的补偿元件（11，11’）。
16.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述齿轮（1）具有至少两个支承配合件（12,12’），在所述支承配合件上分别支承所述补偿元件（11,11’）其中的一个补偿元件，其中，定子（4）能借助第一补偿元件（11）沿着旋转方向（rotZ）预张紧以及能借助第二补偿元件（11’）逆着旋转方向（rotZ）预张紧。
17.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，所述齿轮（1）具有多个支承配合件（12）所述支承配合件以相同的角度间距等距设置在齿轮（1）的圆周上。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述齿轮（1）具有三个支承配合件（12）。
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