DE102004026863A1

DE102004026863A1 - Nockenwellerversteller

Info

Publication number: DE102004026863A1
Application number: DE102004026863A
Authority: DE
Inventors: Viktor Dipl.-Ing. Lichtenwald; Jochen Dipl.-Ing. Auchter; Andreas Dipl.-Ing. Strauß; Rudolf Dipl.-Ing. Evdam; Andreas Dipl.-Ing. Röhr; Harald Elendt; Ulrich Dipl.-Ing Wierl; Jens Dipl.-Ing. Hoppe; Rainer Dipl.-Ing. Ottersbach
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-08-18
Also published as: DE10362023A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung (Nockenwellenversteller (1)) einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle. Die Vorrichtung umfasst ein drehfest mit der Kurbelwelle verbundenes Abtriebsrad (3), ein drehfest mit der Nockenwelle (2) verbundenes Abtriebsteil (6) und einen Verstellmechanismus, mit dem die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle (2) in einem gewissen Winkelbereich eingestellt und gehalten werden kann. DOLLAR A Eine Reduzierung des benötigten axialen Bauraums des Nockenwellenverstellers (1) und der Anzahl der Einzelteile wird dadurch erreicht, dass das Abtriebsteil (6) kraft-, form- oder stoffschlüssig an der Nockenwelle (2) befestigt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine gegenüber dessen Kurbelwelle mit einem über einen geeigneten Antrieb drehfest mit der Kurbelwelle verbundenen Antriebsrad, einem nockenwellenfesten Abtriebsteil, das an einer Nockenwelle oder einer Verlängerung der Nockenwelle angebracht ist und das von dem Antriebsrad angetrieben wird, wobei die Phasenlage des Abtriebsteils zum Antriebsrad innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs einstellbar ist.

In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nockenwelle ist in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihr angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößel, Schlepphebel oder Schwinghebel, anliegen. Wird die Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken ist somit sowohl die Öffnungsdauer als auch Amplitude aber auch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile festgelegt.

Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabler auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger oder elektrohydraulische oder elektrische Ventiltriebsbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Ebenfalls wünschenswert ist es auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassgaswechselventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Gaswechselventilüberschneidung einstellen zu können. Durch die gezielte Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile abhängig vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, kann der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.

Die beschriebene Variabilität in der Gaswechselventilzeitensteuerung wird durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewerkstelligt. Dabei steht die Nockenwelle meist über einen Ketten-, Riemen-, oder Zahnradtrieb in direkter Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist ein Nockenwellenversteller angebracht, der das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und wenn gewünscht die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.

In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassgaswechselventile zeitlich relativ zueinander verschoben und die Gaswechselventilzeitüberschneidungen gezielt eingestellt werden.

Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich im allgemeinen am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Er besteht aus einem kurbelwellenfesten Antriebsrad, einem nockenwellenfesten Abtriebsteil und einem das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsteil übertragenden Verstellmechanismus. Das Antriebsrad kann als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und ist mittels einer Kette, eines Riemens oder eines Zahnradtriebs mit der Kurbelwelle drehfest verbunden. Der Verstellmechanismus kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden.

Elektrische Verstellmechanismen sind als sogenannte Dreiwellengetriebe aufgebaut. Dabei steht eine erste Welle (das Antriebsrad) über ein Getriebe, welches über eine zweite Welle (der Verstellwelle) angetrieben wird, mit einer dritten Welle (dem Abtriebsteil) in Verbindung. Die Verstellwelle des Getriebes wird über einen elektrischen Motor angetrieben. Als Getriebe sind beispielsweise Planetengetriebe, Innenexzentergetriebe, Doppelinnenexzentergetriebe, Wellgetriebe oder Taumelscheibengetriebe denkbar.

Bei den hydraulisch betriebenen Nockenwellenverstellern unterscheidet man sogenannte Axialkolbenversteller und Rotationskolbenversteller.

Bei den Axialkolbenverstellern steht das Antriebsrad mit einem Kolben über eine Schrägverzahnung in Verbindung. Weiterhin steht der Kolben mit dem Abtriebsteil ebenfalls über eine Schrägverzahnung in Verbindung. Der Kolben trennt einen durch das Abtriebsteil und das Antriebsrad gebildeten Hohlraum in zwei axial zueinander angeordnete Druckkammern. Wird nun die eine Druckkammer mit einem Hydraulikmedium beaufschlagt, während die andere Druckkammer mit einem Ölauslass verbunden wird, so verschiebt sich der Kolben in axialer Richtung. Diese axiale Verschiebung bewirkt mittels der beiden Schrägverzahnungen eine relative Verdrehung des Antriebsrades zum Abtriebsteil und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle.

In einem Rotationskolbenversteller ist das Antriebsrad drehfest mit einem Stator verbunden. Der Stator und das Abtriebsteil sind konzentrisch zueinander angeordnet. Der radiale Zwischenraum zwischen diesen beiden Bauteilen nimmt mindestens eine, in der Regel aber mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Hohlräume auf. Die Hohlräume sind in axialer Richtung durch Seitenwände druckdicht begrenzt. In jeden dieser Hohlräume erstreckt sich ein mit dem Abtriebsteil verbundener Flügel. Dieser Flügel teilt jeden Hohlraum in zwei Druckkammern. Durch gezieltes Verbinden der einzelnen Druckkammern mit einer Hydraulikmittelpumpe bzw. mit einem Hydraulikmittelauslass kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle eingestellt bzw. gehalten werden.

Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Verstellmotor des Nockenwellenverstellers bzw. den Zu- und den Abfluss von Hydraulikmittel zu den verschiedenen Druckkammern steuert.

Ein Nockenwellenversteller zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine gegenüber dessen Kurbelwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 101 61 701 A1 bekannt. Hierbei ist ein Abtriebsteil mittels einer Zentralschraube an einer Nockenwelle befestigt. Konzentrisch zu dem Antriebsteil ist das Antriebsrad angeordnet. Im radialen Zwischenraum zwischen Antriebsrad und Abtriebsteil sind mehrere Hohlräume ausgebildet, die durch Seitenwände in axialer Richtung druckdicht verschlossen sind. In diese Hohlräume ragen am Abtriebsteil befestigte Flügel, wodurch in jedem Hohlraum zwei Druckkammern ausgebildet werden. Die Befestigung des Abtriebsteils erfolgt mit Hilfe einer Zentralschraube, wodurch das Abtriebsteil in axialer Richtung auf die Nockenwelle aufgeschraubt wird. Die Verbindung wird durch die Axialkraft des Befestigungsmittels, die auf eine senkrecht zur Axialkraft angeordnete Klemmfläche zwischen Nockenwellenverstelleinheit und Nockenwelle wirkt, reibschlüssig hergestellt. Die Zentrierung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle wird durch eine komplementäre Verbindung mit radialem Spiel hergestellt Diese an sich gute Lösung bringt den Nachteil eines erhöhten axialen Bauraumbedarfs durch den Schraubenkopf mit sich. Da in Fahrzeugen aus Sicherheitsgründen gewisse Abstände zwischen Motor und Karosserie eingehalten werden müssen, ist es wünschenswert den axialen Bauraumbedarf des Nockenwellenverstellers gering zu halten.

Weiterhin muss bei dieser Lösung ein geringer Rundlauffehler durch das Zentrierspiel zwischen der Nockenwellenverstelleinheit und der Nockenwelle in Kauf genommen werden.

Durch die reibschlüssige Befestigung des Abtriebsteils an der Nockenwelle mittels der Zentralschraube werden zusätzliche Belastungen in das Abtriebsteil und die Nockenwelle eingebracht. Um diese zu reduzieren ist in dieser Ausführungsform zwischen Abtriebsteil und Nockenwelle eine mit einer Reibbeschichtung versehenen Hülse angeordnet, wodurch die Belastung verringert, aber nicht ausreichend beseitigt wird.

Weiterhin sind massive axiale Klemmflächen an und ein Gewinde in der Nockenwelle nötig, wodurch ein erheblicher Zusatzaufwand bei deren Herstellung und eine hohe Masse des Systems in Kauf genommen werden muss.

Ein weiterer derartiger Nockenwellenversteller ist in der DE 198 48 607 dargestellt. Dieser ist der Ausführungsform aus der DE 101 61 701 A1 ähnlich. Innerhalb einer Zentralbohrung des Abtriebsteils ist wiederum eine Zentralschraube angeordnet, die das Abtriebsteil mit der Nockenwelle verbindet. In die Zentralschraube ist ein Zentralventil integriert, welches zur Steuerung der Hyd raulikmittelströme zu und von den verschiedenen Druckkammern dient. In dieser Ausführungsform wirkt sich die erhöhte Belastung auf das Zentralventil durch die Zentralschraubenfunktion nachteilig auf die Vorrichtung aus.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit einen Nockenwellenversteller zu schaffen, dessen axialer Bauraum minimiert ist. Weiterhin soll die Belastung des Abtriebsteils im Vergleich zur Ausführungsform aus dem Stand der Technik, in der die Befestigung an der Nockenwelle mittels einer Zentralschraube ausgeführt ist, gesenkt und der Rundlauffehler zwischen Nockenwellenversteller und Nockenwelle verringert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Abtriebsteil kraftschlüssig an der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle befestigt ist. Durch diese erfindungsgemäße Befestigungsmethode des Abtriebsteils an der Nockenwelle wird nicht nur durch die Einsparung der Zentralschraube der axiale Bauraum minimiert und die Belastung des Abtriebsteils und der Nockenwelle gesenkt, sondern durch den Presssitz wird auch der Rundlauffehler auf ein Minimum reduziert. Weiterhin wird die Montage des Antriebsteils an der Nockenwelle vereinfacht und die Anzahl der Bauteile gesenkt, wodurch die Kosten der Gesamteinheit deutlich reduziert werden.

In einer vorteilhaften Konkretisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abtriebsteil über die Nockenwelle oder die Verlängerung der Nockenwelle geschoben ist und durch einen thermischen Schrumpfungsprozess kraftschlüssig und verdrehfest an der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle befestigt ist. Alternativ kann das Abtriebsteil mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz ausgebildet sein, über den die Nockenwelle oder die Verlängerung der Nockenwelle geschoben und durch einen thermischen Schrumpfungsprozess kraftschlüssig und verdrehfest befestigt ist.

In dieser Ausführungsform wird das außen liegende Bauteil erwärmt, wodurch sich sein Innendurchmesser vergrößert. Der Innendurchmesser des äußeren Bauteils ist so gewählt, dass es im erwärmten Zustand mit einem geringen Spiel über das innere Bauteil geschoben werden kann. Während des Abkühlvorgangs schrumpft der Innendurchmesser des äußeren Bauteils wieder auf seine ursprüngliche Größe, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen innerem und äußerem Bauteil hergestellt wird, die die Bauteile sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung zueinander fixiert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Abtriebsteil über die Nockenwelle oder die Verlängerung der Nockenwelle geschoben und die Nockenwelle oder die Verlängerung der Nockenwelle ist durch einen Aufweitprozess kraftschlüssig und verdrehfest an dem Antriebsrad befestigt. Alternativ ist vorgesehen, dass das Abtriebsteil mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz ausgebildet ist, über den die Nockenwelle oder die Verlängerung der Nockenwelle geschoben ist und zumindest der Fortsatz durch einen Aufweitprozess kraftschlüssig und verdrehfest an der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle befestigt ist.

In diesen Ausführungsformen wird das äußere Bauteil über das jeweils innere Bauteil geschoben und dann das innere Bauteil mit Hilfe geeigneter Mittel solange aufgeweitet, bis eine kraftschlüssige Verbindung zwischen innerem und äußerem Bauteil hergestellt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Aufweitung des inneren Bauteils durch Innenhochdruckumformung mittels eines Druckmediums durchgeführt wird. Eine weitere Möglichkeit stellt das Durchpressen eines geeigneten Werkzeugs durch das hohl ausgeführte innere Bauteil dar. Dabei kann es sich bei dem Werkzeug um eine Kugel geeigneten Durchmessers handeln oder um einen profilierten Innendorn, der beispielsweise als Mehrkant oder sternförmig ausgeführt ist. Während des Durchschiebens durch das hohle innere Bauteil erweitert das Werkzeug dessen Innen- und Außendurchmesser, wodurch es in dem Bereich in dem die Bauteile übereinander liegen zu einem Pressverband zwischen dem inneren und dem äußeren Bauteil kommt. Im Falle eines profilierten Innendorns kann neben der kraftschlüssigen Verbindung ebenfalls eine in Umfangsrichtung der Bauteile gerichtete formschlüssige Verbindung erreicht werden.

In alternativen Ausführungen der Erfindung ist das Abtriebsteil mittels einer Klebverbindung, einer Lötverbindung oder einer Schweißverbindung an der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle befestigt.

Auch durch diese Lösungen werden die oben beschriebenen Vorteile wie niedrige Belastung, geringen axialen Bauraum und kostengünstige Verbindungsmethode erreicht. Bei der Schweißverbindung ist vorgesehen ein Laserschweißverfahren einzusetzen um Materialverzug durch Hitzeeintrag zu vermeiden.

In einer weiteren alternativen Ausführung der Erfindung ist das Abtriebsteil formschlüssig an der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle befestigt. Dabei ist vorgesehen, dass das Abtriebsteil mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz ausgebildet ist, über den die Nockenwelle oder die Verlängerung der Nockenwelle geschoben ist. Die Außenmantelfläche des Fortsatzes ist mit mindestens einer lokalen Durchmesserverringerung ausgeführt, in die Material der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle verdrängt wird. Dieses Material kann in die Einformung beispielsweise eingerollt werden. Bei der lokalen Durchmesserverringerung kann es sich um eine ringförmig um den Fortsatz umlaufende Nut oder mehrere lokale Durchmesserverringerungen handeln, die in axialer Richtung oder Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind, wodurch auch Formschluss in Umfangsrichtung erreicht werden kann.

Alternativ ist vorgesehen, dass das Abtriebsteil mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz ausgebildet ist, der über die Nockenwelle oder die Verlängerung der Nockenwelle geschoben ist, wobei die Außenmantelfläche der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle mit mindestens einer lokalen Durchmesserverringerung ausgeführt ist, in die Material des Fortsatzes, beispielsweise durch Einrollen, verdrängt wird. Dabei kann die lokale Durchmesserverringerung eine ringförmig um das jeweilige Bauteil umlaufende Nut sein oder es können mehrere radiale Einformungen, die in axialer Richtung oder Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind vorgesehen sein.

Auch in dieser Ausführungsform wird durch die Reduzierung der Anzahl der Bauteile des Gesamtsystems und die einfache Montage eine kostengünstige Verbindungsmethode vorgestellt. Zusätzlich sind die Belastungen der zu verbindenden Bauteile und der axiale Bauraumbedarf reduziert.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die in Verbindung tretenden Mantelflächen des Abtriebsteils und der Nockenwelle oder der Verlängerung der Nockenwelle in Querschnitt polygonförmig ausgeführt sind. Durch die polygonförmige Ausführung der Mantelflächen wird in Umfangsrichtung neben der kraftschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung hergestellt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil aller vorgestellter Verbindungsmethoden ist, dass eine sehr exakte Einstellung des Antriebsrades zu den Nocken bei der Montage des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle vorgenommen werden kann. In allen vorgestellten Verbindungsvarianten kann sowohl der Nockenwellenversteller als auch die Nockenwelle in einer exakten Position gehalten werden. Die relative Lage der Bauteile zueinander ist also vor der Herstellung der Verbindung festgelegt und kann während der Herstellung der Verbindung, im Unterschied zu der Herstellung einer Schraubverbindung, in exakt dieser Lage gehalten werden. Dadurch können Anfangsabweichungen bis zu einigen Winkelgrad vermieden werden, die während des Betriebs des Nockenwellenverstellers dauerhaft ausgeglichen werden müssten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller aus 2 im Längsschnitt entlang der Linie I-I,
2 den erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller aus 1 im Querschnitt entlang der Linie II-II,
3 einen zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers im Längsschnitt, der mittels einer Schweißverbindung mit der Nockenwelle verbunden ist,
4 eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Beispiels eines Rotationskolbenverstellers vorgestellt. Es ist ausdrücklich darauf hingewiesen, dass diese Erfindung auch in anderen Nockenwellenverstellern wie z. B. hydraulisch arbeitenden Axialkolbenverstellern oder elektrischen Nockenwellenverstellern die über ein mechanisches Getriebe und einen dieses antreibenden elektrischen Motor verstellt werden, Anwendung finden kann.
Aus den 1 und 2 gehen die wesentlichen Teile eines Nockenwellenverstellers 1 in Rotationskolbenbauart zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle 2 gegenüber einer nicht dargestellten Kurbelwelle hervor. Der Nockenwellenversteller 1 wird durch ein Antriebsrad 3, das in der dargestellten Ausführungsform als Kettenrad ausgeführt ist, angetrieben. Ebenfalls denkbar sind Ausführungsformen in denen das Antriebsrad 3 als Riemen- oder Zahnrad ausgebildet ist. Im wesentlichen besteht der Nockenwellenversteller 1 aus einem fest mit dem Antriebsrad 3 verbundenen Stator 4 und einem drehfest mit der Nockenwelle 2 verbundenen Abtriebsteil 6. Der Raum zwischen dem Abtriebsteil 6 und dem Stator 4 ist durch das Antriebsrad 3 und eine Stirnwand 5 begrenzt. Das Abtriebsteil 6 ist als Flügelrad ausgebildet. Es besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper, wobei in die äußere Mantelfläche des zylindrischen Körpers axial verlaufende Nuten 7 eingebracht sind, in denen radial nach außen stehende Flügel 8 angeordnet sind. Das Abtriebsteil 6 kann beispielsweise spanend hergestellt oder ein Sinterteil sein. Weiterhin ist denkbar das Abtriebsteil 6 spanlos, beispielsweise durch Stanzpaketieren, herzustellen.
Die Flügel 8 werden mittels Federn 9, die am radial innen liegenden Ende der Flügel 8 angebracht sind, radial nach außen gedrückt, wodurch sie an einer äußeren Wand 10 des Stators 4 zum Anliegen kommen. Der Stator 4 des Nockenwellenverstellers 1 bildet durch äußere 10, innere 11 in Umfangsrichtung verlaufende Wände und durch im wesentlichen radial verlaufende Stegwände 12 mit dem Abtriebsteil 6, dessen Flügel 8 dem Antriebsrad 3 und der Strinwand 5 erste und zweite Druckkammern 13, 14. Durch geeignetes Verbinden der einzelnen Druckkammern 13, 14 mit einer Hydraulikmittelpumpe bzw. dem Hydraulikmittelauslass kann die Phasenlage des Abtriebsteils 6 zum Stator 4 und damit der Nockenwelle 2 zur Kurbelwelle verstellt oder gehalten werden.
Das Antriebsteil 6 und der Stator 4 sind in einem Gehäuse 15 angeordnet, das die ersten und zweiten Druckkammern 13, 14 nach außen abdichtet. Das Gehäuse 15 ist mittels einer ringförmig umlaufenden Schweißverbindung 15a mit dem Antriebsrad 3 verbunden. Weiterhin ist am Antriebsrad 3 eine Kulisse 16 ausgebildet, in die ein Element zur Drehwinkelbegrenzung 16a eingreift. Zwecks Abdichtung der Druckkammern 13, 14 ist zwischen dem Gehäuse 15 und Stator 4 eine Dichtscheibe 17 eingelegt, welche dem Durchmesser des Stators 4 angepasst ist.
Zusätzlich ist innerhalb des Abtriebsteils 6 in einer Axialbohrung 18 ein Verriegelungselement 19 angeordnet. Ein Federelement 20 beaufschlagt dabei einen Kolben 21 in Richtung des Antriebsrads 3. Speziell während des Anlassvorgangs der Brennkraftmaschine wird der Kolben 21 mittels des Federelements 20 in eine Aussparung 22 des Antriebsrads 3 gepresst, wodurch ein ungewolltes Verdrehen des Abtriebsteils 6 gegenüber dem Antriebsrad 3 effektiv verhindert wird. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird die Aussparung 22 mit Hydraulikmittel beaufschlagt, wodurch der Kolben 21 mit einer axial entgegen dem Federelement 20 gerichteten Kraft beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben 21 in die Axialbohrung 18 verdrängt, wodurch das Antriebsteil 6 gegenüber dem Antriebsrad 3 verdrehbar ist.
Sowohl der Stator 4, Dichtscheibe 17 als auch das Gehäuse 15 sind, in der dargestellten Ausführungsform, spanlos aus jeweils einem Blechteil hergestellte Bauteile. Natürlich kann die Erfindung auch in anderen Varianten von Rotationskolbenverstellern, beispielsweise mit gesinterten oder spanend hergestellten Statoren 4, Anwendung finden.
Um eine Änderung der Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle 2 zu bewirken werden entweder die ersten oder die zweiten Druckkammern 13, 14 mit Hydraulikmittel beaufschlagt, wobei die jeweils anderen Druckkammern 13, 14 mit einem Druckmittelreservoir verbunden werden. Zum Halten einer bestimmten Phasenlage können entweder sowohl die ersten als auch die zweiten Druckkammern 13, 14 mit Hydraulikmittel beaufschlagt, als auch beide sowohl vom Druckmittelreservoir als auch von der Hydraulikmittelquelle getrennt werden.
Das Abtriebsteil 6 ist in der in 1 dargestellten Ausführungsform kraftschlüssig an der Nockenwelle 2 befestigt. Zur Montage wird das Abtriebsteil 6 erhitzt und mit geringem Spiel auf die Nockenwelle 2 gefügt. Durch den sich anschließenden Abkühlungs- und damit Schrumpfungsprozess des Abtriebsteils 6 wird der Kraftschluss zwischen Nockenwelle 2 und Abtriebsteil 6 hergestellt. Ebenso denkbar ist, dass das Abtriebsteil 6 mit einem Fortsatz ausgeführt ist, über den eine zumindest teilweise hohle Nockenwelle 2 gefügt und kraftschlüssig befestigt wird.
Eine weitere Möglichkeit den Kraftschluss zwischen Nockenwelle 2 und Abtriebsteil 6 herzustellen stellt die Technik des Aufweitens dar. Dabei wird das Abtriebsteil 6 auf die Nockenwelle 2 mit geringem Spiel gefügt und anschließend die Nockenwelle 2 aufgeweitet. Hierzu sind neben der Technik des Innenhochdruckumformens mittels eines Druckmediums auch Aufweitvorgänge mittels Durchschiebens eines geeigneten Werkzeugs denkbar. In einer Ausfüh rungsform der Erfindung ist das Werkzeug ein in Umfangsrichtung der Nockenwelle 2 rotationssymmetrischer Körper wie beispielsweise eine Kugel. Dadurch wird in Umfangsrichtung ein gleichmäßiger Kraftschluss zwischen Antriebsteil 6 und Nockenwelle 2 erreicht. Ebenfalls denkbar sind profilierte Werkzeuge, beispielsweise ein sternförmiges Werkzeug, wodurch neben dem Kraftschluss in Umfangsrichtung auch noch Formschluss erreicht wird. Neben sternförmigen Werkzeugen sind auch n-Kant-Werkzeuge oder Polygonverbindungen denkbar.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 3 dargestellt. Der hier dargestellte Nockenwellenversteller 1 ist in Form und Funktion identisch zu dem in 1 und 2 dargestellten, weswegen gleich Bauteile gleich Bezugszahlen tragen. Der einzige Unterschied liegt in der Befestigungsmethode des Abtriebsteils 6 an der Nockenwelle 2. Dies ist mittels einer Schweißverbindung 23 an der Trennfuge zwischen Nockenwelle 2 und Abtriebsteil 6 realisiert. Die Schweißverbindung 23 kann entweder eine komplett umlaufende Schweißnaht oder eine segmentartig ausgeführte Schweißnaht sein.
In 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Auch dieser Nockenwellenversteller 1 ist zu einem Großteil identisch zu dem in den 1 und 2 dargestellten, weshalb für gleiche Teile die selben Bezugszahlen verwendet werden. Abweichend zu dem in 1 dargestellten Nockenwellenversteller 1 ist in dieser Ausführungsform das Abtriebsteil 6 mit einem Fortsatz 24 versehen. Der Fortsatz 24 ist an seiner Außenmantelfläche 25 mit mindestens einer Durchmesserverringerung 26 versehen. Dabei kann es sich bei der/den Durchmesserverringerung/en 26 sowohl um eine ringförmig umlaufende Nut als auch um einzelne Sicken handeln. Die zumindest teilweise hohl ausgeführte Nockenwelle 2 übergreift den Fortsatz 24, wobei sie formschlüssig gegen axiales Wandern gesichert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass Material des hohlen Teils der Nockenwelle 2 in die Durchmesserverringerungen 26 des Fortsatzes 24 verdrängt wird, was beispielsweise durch Einrollen erreicht werden kann.
Selbstverständlich können auch zwei oder mehrere Befestigungsmethoden kombiniert werden um die Festigkeit der Verbindung zwischen Nockenwelle 2 und Abtriebsteil 6 zu erhöhen.

1: Nockenwellenversteller
2: Nockenwelle
3: Antriebsrad
4: Stator
5: Stirnwand
6: Abtriebsteil
7: Nut
8: Flügel
9: Feder
10: äußere Wand
11: innere Wand
12: Stegwand
13: erste Druckkammer
14: zweite Druckkammer
15: Gehäuse
15a: Schweißverbindung
16: Kulisse
16a: Element
17: Dichtscheibe
18: Axialbohrung
19: Verriegelungselement
20: Federelement
21: Kolben
22: Aussparung
23: Schweißverbindung
24: Fortsatz
25: Außenmantelfläche
26: Durchmesserverringerung

Claims

Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) oder einer Verlängerung der Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) kraftschlüssig an der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) kraftschlüssig an der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (6) über die Nockenwelle (2) oder die Verlängerung der Nockenwelle (2) geschoben ist und durch einen thermischen Schrumpfungsprozess kraftschlüssig und verdrehfest an der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (6) mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz (24) ausgebildet ist, über den die Nockenwelle (2) oder die Verlängerung der Nockenwelle (2) geschoben und durch einen thermischen Schrumpfungsprozess kraftschlüssig und verdrehfest befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (6) über die Nockenwelle (2) oder die Verlängerung der Nockenwelle (2) geschoben ist und die Nockenwelle (2) oder die Verlängerung der Nockenwelle (2) durch einen Aufweitprozess kraftschlüssig und verdrehfest an dem Antriebsrad (3) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (6) mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz (24) ausgebildet ist, über den die Nockenwelle (2) oder die Verlängerung der Nockenwelle (2) geschoben ist und zumindest der Fortsatz (24) durch einen Aufweitprozess kraftschlüssig und verdrehfest an der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) oder einer Verlängerung der Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) mittels einer Klebverbindung an der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) oder einer Verlängerung der Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) mittels einer Lötverbindung an der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) oder einer Verlängerung der Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) mittels einer Schweißverbindung (23) an der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) mittels einer Klebverbindung an der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) mittels einer Lötverbindung an der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) mittels einer Schweißverbindung (23) an der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) oder einer Verlängerung der Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) formschlüssig an der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) zur Verstellung und Fixierung der Phasenlage einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine gegenüber einer Phasenlage von dessen Kurbelwelle mit – einem von der Kurbelwelle aus angetriebenen Antriebsrad (3), – einem nockenwellenfesten Abtriebsteil (6), – das an einer Nockenwelle (2) angebracht ist und – das von dem Antriebsrad (3) angetrieben wird, – wobei die Phasenlage des Abtriebsteils (6) zum Antriebsrad (3) innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abtriebsteil (6) formschlüssig an der Nockenwelle (2) befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (6) mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz (24) ausgebildet ist, über den die Nockenwelle (2) oder die Verlängerung der Nockenwelle (2) geschoben ist, wobei die Außenmantelfläche (25) des Fortsatzes (24) mit mindestens einer lokalen Durchmesserverringerung (26) ausgeführt ist, in die Material der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) verdrängt wird.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (6) mit einem sich axial erstreckenden Fortsatz (24) ausgebildet ist, der über die Nockenwelle (2) oder die Verlängerung der Nockenwelle (2) geschoben ist, wobei die Außenmantelfläche der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) mit mindestens einer lokalen Durchmesserverringerung (26) ausgeführt ist, in die Material des Fortsatzes (24) verdrängt wird.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Durchmesserverringerung (26) eine ringförmig um das jeweilige Bauteil umlaufende Nut ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere lokale Durchmesserverringerungen (26), die in axialer Richtung oder Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind, vorgesehen sind.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verbindung tretenden Mantelflächen des Abtriebsteils (6) und der Nockenwelle (2) oder der Verlängerung der Nockenwelle (2) im Querschnitt polygonförmig ausgeführt sind.