DE102004062070B4

DE102004062070B4 - Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004062070B4
Application number: DE102004062070.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Kleiber Thomas; Dipl.-Ing. Ottersbach Rainer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: WO2006074747A1; US7779801B2; US20090272350A1; DE102004062070A1

Abstract

Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine, bei dem die relative Winkelbeziehung zwischen einem Antriebsrad (2) und einem einer Nockenwelle zugeordneten Abtriebselement verstellbar ist und der ein Gehäuse (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Gehäuse (21) in einem ersten Verbindungsbereich (28) fest mit einem Tragelement (20) verbunden ist, wobei das Tragelement (20) in einem zweiten Verbindungsbereich (29) fest mit einem Zahnkranz (19) aus Kunststoff verbunden ist, – wobei der Radius des ersten Verbindungsbereiches (28) kleiner als der Radius des zweiten Verbindungsbereiches (29) ist und im zweiten Verbindungsbereich (29) eine äußere Mantelfläche des Tragelementes (20) korrespondierend zu einer inneren Mantelfläche des Zahnkranzes (19) ausgebildet ist, – wobei Tragelement (20) und Zahnkranz (19) formschlüssig ineinander eingreifen, – wobei der Formschluss als von einem der vorgenannten Bauteile (19, 20) ausgebildeten radialen Vorsprung oder Absatz ausgebildet ist, der in eine Vertiefung oder Nut des anderen Bauteiles (19, 20) eingreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 102 11 607 A1 ist ein Nockenwellenversteller zum Verstellen und Fixieren der relativen Drehwinkellage einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bekannt. Eine hydraulische Verstelleinrichtung besitzt hierbei einen Außenrotor, der einem Antriebsrad zugeordnet ist, sowie einen Innenrotor, der über ein Abtriebselement mit einer Nockenwelle verbunden ist. Zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor sind Druckräume ausgebildet, nach deren hydraulischer Beaufschlagung die Winkelbeziehung zwischen Antriebsrad und Abtriebselement veränderbar ist.
In der genannten Druckschrift wird vorgeschlagen, das Antriebsrad und wenigstens eines der weiteren Funktionsteile einstückig aus einem hochbelastbaren Kunststoff herzustellen. Gemäß einer ersten Ausführungsform sind das Antriebsrad und der Außenrotor sowie zwei weitere Bauelemente einstückig aus Kunststoff hergestellt. Für eine alternative Ausgestaltung ist der Außenrotor als separates Bauteil aus Kunststoff oder einem herkömmlichen Material, wie Metall, hergestellt und in eine einstückig mit dem Antriebsrad ausgebildete Abdeckung eingelegt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller zu schaffen, der bei guten Herstellungsmöglichkeiten, einer geringen Zahl der Bauelemente und/oder geringem Gewicht funktionsgerecht oder funktionsoptimiert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Gehäuse vorgesehen, welches multifunktional ist:

– Das Gehäuse kann zur Anbindung des Nockenwellenverstellers an die Brennkraftmaschine, beispielsweise im Bereich eines Zylinderkopfes dienen.
– Das Gehäuse kann innenliegend Elemente des Nockenwellenverstellers abstützen, beispielsweise Getriebeelemente oder hydraulische Bauelemente.
– Das Gehäuse kann die innen liegenden Bauelemente gegen mechanische Beeinträchtigungen oder ein Verschmutzen von außen schützen.
– Das Gehäuse kann dicht ausgebildet sein, um ein in dem Gehäuse angeordnetes Schmiermittel oder Hydraulikmittel in dem Gehäuse zu halten.
– Für den Fall, dass das Gehäuse elektrisch beaufschlagte Elemente beinhaltet, kann das Gehäuse eine elektrische Abschirmung bereitstellen.
– Das Gehäuse kann zusätzlich zur Abstützung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Stellaggregates dienen, welches über eine geeignete Antriebswelle mit Getriebeelementen des Nockenwellenverstellers verbunden ist.
– Das Gehäuse kann Durchtrittsöffnungen, ggf. unter Abdichtung, beispielsweise durch einen Radialwellendichtring o. ä., für einen Hindurchtritt von einer Welle, beispielsweise in Verbindung mit der Nockenwelle oder einer Welle des Antriebsaggregates, aufweisen.

Eine Fertigung des Gehäuses kann hierbei mit einem beliebigen Fertigungsverfahren erfolgen, welches den vorgenannten Funktionen Rechnung trägt. Als mögliche Materialien für ein Gehäuse kommen beliebige Materialien, insbesondere ein Metall oder ein Kunststoff, in Betracht. Bei den möglichen Fertigungsverfahren handelt es sich beispielsweise um ein Gießverfahren, einen Spritzguss oder ein Druckgussverfahren, und/oder ein Umformverfahren.
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse eine weitere Funktion auf: In einem ersten Verbindungsbereich ist das Gehäuse fest mit einem Tragelement verbunden. Damit dient das Gehäuse auch einer Anbindung des Tragelementes. Das Tragelement ist zusätzlich zu der Anbindung an das Gehäuse in einem zweiten Verbindungsbereich fest mit einem Zahnkranz verbunden. Anstelle einer einstückigen Ausbildung von Gehäuse und Zahnkranz oder einer Befestigung des Zahnkranzes unmittelbar an dem Gehäuse ist somit erfindungsgemäß in den Kraftfluss zwischen Gehäuse und Zahnkranz ein Tragelement zwischengeschaltet.
Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass der Einsatz eines Zahnkranzes aus einem beliebigen Kunststoff, insbesondere einem Duroplast, einem Thermoplast oder einem Verbundkunststoff, vorteilhaft hinsichtlich der Laufeigenschaften, der Betriebsfestigkeit, des Verschleißes, der Geräuschentwicklung, der Kraftübertragung, der Material- oder Herstellungskosten, des Bauraumes und/oder des Gewichtes ist.
Das Gehäuse, das Tragelement und der Zahnkranz können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien gewählt werden und mit gleichen oder unterschiedlichen Herstellungsverfahren hergestellt werden, wobei das Material und die Herstellungsverfahren entsprechend den jeweiligen Anforderungen ausgewählt werden können. Beispielsweise kann der Zahnkranz mit einer eine gute Kraftübertragung gewährleistenden hohen Präzision gefertigt werden, während an Teile des Tragelementes unter Umständen geringe Anforderungen zu stellen sind.
Andererseits sind erfindungsgemäß Verbindungsbereiche vorgesehen, die einer gezielten Anbindung des Tragelementes in einem Bereich an das Gehäuse und in einem anderen Bereich an den Zahnkranz gewährleisten.
In dem zweiten Verbindungsbereich zwischen Zahnkranz und Tragelement besitzt das Tragelement eine äußere Mantelfläche, die korrespondierend zu einer inneren Mantelfläche des Zahnkranzes ausgebildet ist. Unter einer korrespondierenden Ausbildung ist in diesem Zusammenhang jede formschlüssige oder kraftschlüssige Flächengestaltung, zumindest in eine Raumrichtung, zu verstehen:

– Insbesondere handelt es sich bei den Mantelflächen um Zylinderflächen, die sich gegeneinander abstützen. Hierbei können die innere Mantelfläche des Zahnkranzes und die äußere Mantelfläche des Tragelementes als Presspassung, Übergangspassung oder geringe Spielpassung ausgebildet sein. In einem derartigen Fall ist in Folge der korrespondierenden Mantelflächen die Ausrichtung des Zahnkranzes, welche für einen guten Lauf eines Antriebsriemens oder einer Antriebskette wichtig ist, gewährleistet. Andererseits kann über die äußere Mantelfläche des Tragelementes die innere Mantelfläche des Zahnkranzes großflächig im Betrieb des Nockenwellenverstellers abgestützt werden, so dass eine steife Abstützung bei einer Aufrechterhaltung der erforderlichen Orientierung des Zahnkranzes gegeben ist. Hierbei können die genannten Mantelflächen lediglich während der Montage des Nockenwellenverstellers die genannte Abstütz- oder Zentrierwirkung erfüllen, während nach der Montage eine stoffschlüssige Verbindung oder zusätzliche Befestigungselemente die Verbindung zwischen Trageelement und Zahnkranz unterstützen.
– Alternativ oder zusätzlich können Tragelement und Zahnkranz formschlüssig ineinander eingreifen, beispielsweise über einem der vorgenannten Bauteile zugeordnete radiale Vorsprünge oder Absätze, die in radiale Vertiefungen oder Nuten des anderen Bauteiles in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung eingreifen. In diesem Fall kann der Einsatz von elastischen Werkstoffen, beispielsweise eines Kunststoffes für den Zahnkranz, für die Montage und Demontage der formschlüssigen Verbindung vorteilhaft sein, da diese zum Herstellen und Lösen der formschlüssigen Verbindung radial elastisch verformt werden können. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das eingesetzte Material, insbesondere Verbundmaterial, anisotrope Elastizitätseigenschaften besitzt mit einer vorgegebenen Elastizität in radialer Richtung zur Ermöglichung der Montage oder Demontage und einer verringerten Elastizität in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung, so dass eine gute Kraftübertragung zwischen Zahnkranz und Tragelement gewährleistet ist. Ebenfalls denkbar ist, dass der Formschluss unter Einsatz einer thermischen radialen Verformung hergestellt wird.

Entsprechend dem Vorschlag der Erfindung ist weiterhin der Radius des ersten Verbindungsbereiches kleiner als der Radius des zweiten Verbindungsbereiches. Somit überdeckt das Tragelement den Bereich zwischen dem Radius des ersten Verbindungsbereiches und dem Radius des zweiten Verbindungsbereiches. Eine derartige Überbrückung dieses Bereiches durch das Tragelement kann unter Umständen mit einem Tragelement mit geringer Erstreckung in Richtung der Längsachse des Nockenwellenverstellers bewerkstelligt werden. Alternativ oder zusätzlich ist für das Tragelement nicht zwingend ein in Umfangsrichtung geschlossener, um die Längsachse des Nockenwellenverstellers umlaufender Körper vorzusehen, sondern es können unter Umständen nur einzelne Tragarme oder eine umlaufende Kreisringfläche mit geeigneten Ausnehmungen eingesetzt werden, wodurch eine Verringerung des Gewichtes und eine Reduzierung des Massenträgheitsmomentes erzielt werden kann.
Die an den Verbindungsbereichen beteiligten Flächen von Gehäuse, Tragelement und Zahnkranz können unmittelbar entsprechend den Anforderungen gefertigt werden oder in einem nachträglichen Bearbeitungsgang auf ein erforderliches Sollmaß gebracht werden.
Ein besonders einfach herzustellendes Tragelement für einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller ergibt sich, wenn das Tragelement rotationssymmetrisch zu einer Längsachse des Nockenwellenverstellers ausgebildet ist. Ein derartiges Tragelement kann beispielsweise in einem Spritzgussverfahren oder in einem Umformprozess hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil einer rotationssymmetrischen Ausbildung des Tragelementes ist, dass ein derartiges Tragelement keine Unwucht des Nockenwellenverstellers darstellt, was Vorteile für einen Betrieb des Nockenwellenverstellers, insbesondere bei hohen Drehzahlen, hat. Hierdurch kann das Erfordernis von etwaigen Ausgleichsmassen zum Ausgleich einer Unwucht beseitigt werden.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist das Tragelement mit einem hohlzylinderförmigen Anlagesteg ausgebildet, dessen innere Mantelfläche Teil des ersten Verbindungsbereiches ist. Diese innere Mantelfläche kann während der Montage oder im Betrieb des Nockenwellenverstellers großflächig an dem Gehäuse anliegen, wodurch durch die innere Mantelfläche die Orientierung des Tragelementes gegenüber dem Gehäuse vorgegeben ist.
Alternativ oder zusätzlich weist das Tragelement einen hohlzylinderförmigen Außenkörper auf, mit dessen äußerer Mantelfläche der zweite Verbindungsbereich gebildet ist. An dieser äußeren Mantelfläche kann der Zahnkranz mit einer korrespondierenden, insbesondere zylinderförmigen Innenfläche passgenau anliegen, wodurch eine Position und Orientierung des Zahnkranzes gegenüber dem Tragelement (und unter Umständen damit gegenüber dem Gehäuse) vorgegeben ist. Ebenfalls denkbar ist ein Formschluss zwischen der Mantelfläche und der Innenfläche.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers sind der Außenkörper und der Anlagesteg über einen kreisringförmigen Tragkörper miteinander verbunden. Ein derartiger kreisringförmiger Tragkörper stellt bei geringem Materialeinsatz und geringer Erstreckung in Richtung der Längsachse des Nockenwellenverstellers eine Überbrückung von dem Radius des ersten Verbindungsbereiches vom Gehäuse zum Radius des zweiten Verbindungsbereiches des Zahnkranzes zur Verfügung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Nockenwellenverstellers sind im ersten Verbindungsbereich und/oder zweiten Verbindungsbereich stoffschlüssige Verbindungen zwischen dem Tragelement und dem Gehäuse oder dem Zahnkranz vorgesehen. Gemäß dieser Ausgestaltung werden durch die korrespondierenden Mantelflächen des Tragelementes, des Zahnkranzes und/oder des Gehäuses die Montagepositionen vorgegeben. Eine endgültige Fixierung der vorgenannten Bauelemente erfolgt durch Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung, die im Betrieb des Nockenwellenverstellers eine besonders zuverlässige Anbindung gewährleistet.
Alternativ oder zusätzlich kann im zweiten Verbindungsbereich der Zahnkranz reibschlüssig oder formschlüssig mit dem Tragelement verbunden sein. Beispielsweise kann der Zahnkranz auf das Tragelement aufgeschrumpft sein oder eine Übertragung der Antriebskräfte eines Antriebsrades kann über radiale Vorsprünge und/oder Vertiefungen des Tragelementes sowie des Zahnkranzes formschlüssig erfolgen.
Vorzugsweise besitzt der Zahnkranz in Längsrichtung einen Absatz. Ein derartiger Absatz kann als Anschlag während der Montage dienen, so dass der Absatz die maximale Montageposition des Zahnkranzes gegenüber dem Tragelement vorgibt. Demgemäß dient der Absatz einer Vorgabe einer Endlage des Zahnkranzes gegenüber dem Tragelement in Richtung der Längsachse des Nockenwellenverstellers. Alternativ oder zusätzlich kann der Absatz auch eine Winkellage des Zahnkranzes, beispielsweise um eine Achse, die quer zur Längsachse des Nockenwellenverstellers orientiert ist, vorgeben. Der vorgenannte Absatz kommt hierbei zur Anlage an eine korrespondierende Gegenfläche oder Stirnfläche des Tragelementes.
Auch ein Außenkörper des Tragelementes kann einen radial nach außen orientierten Absatz oder Vorsprung aufweisen. An diesen Absatz oder Vorsprung kann zumindest für eine Montage der Zahnkranz zur Vorgabe der relativen Lage zwischen Tragelement und Zahnkranz zur Anlage kommen. Alternativ oder zusätzlich kann ein derartiger Absatz zur Führung eines Antriebsmittels wie eines Zahnriemens oder einer Zahnkette diesen.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß ermöglicht, dass der Zahnkranz einen radial nach innen orientierten, zumindest teilweise in Umfangsrichtung umlaufenden Vorsprung aufweist. Dies ist dann von Vorteil, wenn der Zahnkranz nicht über seine gesamte axiale Breite an dem Tragelement anliegen soll. Der umlaufende Vorsprung weist dann bspw. eine radial innen liegende Mantelfläche auf, mit der, ggf. unter Zwischenschaltung stoffschlüssigen Materials, der zweite Verbindungsbereich gebildet ist. Hierbei ist es ebenfalls möglich, dass der Vorsprung zunächst mit einem Übermaß gefertigt wird, wobei der Innendurchmesser der innen liegenden Mantelfläche noch zu klein ist für eine Montage und in einem nachfolgenden Fertigungsgang der Vorsprung auf ein die Montage und die Anbindung an den Zahnkranz ermöglichendes Maß gebracht wird.
Eine gute Anbindung des Zahnkranzes an das Tragelement ergibt sich weiterhin, wenn der Zahnkranz mindestens einen radial nach innen orientierten Vorsprung aufweist, der formschlüssig in einer geeigneten Vertiefung oder Aussparung eines Außenkörpers des Tragelementes aufgenommen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen Teil eines Nockenwellenverstellers mit einem Außenrotor und einem Tragkörper aus Kunststoff mit stoffschlüssig angebundenem Einlagekörper sowie in dem Außenrotor verdrehbar gelagerten Innenrotor in einem Querschnitt;
2 einen Nockenwellenversteller im Halblängsschnitt, bei dem das Antriebsrad aus Kunststoff über ein Befestigungselement an einen Flansch angebunden ist;
3 ein Antriebszahnrad aus Kunststoff mit radial nach innen weisenden Laschen für die Aufnahme von Befestigungselementen;
4 einen Halblängsschnitt eines Antriebsrades mit einem Steg oder einer Lasche und in den Steg oder die Lasche eingesetzten Inserts;
5 ein Antriebszahnrad mit radial nach innen weisenden Laschen und in diesen angeordneten Inserts im Teilquerschnitt;
6 einen Nockenwellenversteller im Querschnitt, wobei Befestigungselemente radial nach innen gezogen sind, so dass deren Abstand von der Längsachse des Nockenwellenverstellers kleiner ist als der Außendurchmesser der Druckkammern und
7 ein Antriebszahnrad aus Kunststoff, welches über ein Tragelement an ein Gehäuse des Nockenwellenverstellers angebunden ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 bekannter Bauart. Der Nockenwellenversteller besitzt ein Antriebsrad 2, welches in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Riemenrad ausgebildet ist. Fest mit dem Antriebsrad 2 verbunden ist ein Außenrotor 3, der insbesondere radial innen liegend von dem Antriebsrad 2 angeordnet ist. Der Außenrotor 3 ist mit Lagerflächen 4 ausgebildet, welche Segmenten einer Mantelfläche eines Zylinders entsprechen, sowie radiale Ausbuchtungen für Druckkammern 5. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Lagerflächen 4 sowie vier Druckkammern 5 vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. In dem Außenrotor 3 ist relativ verdrehbar gegenüber diesem um eine Längsachse des Nockenwellenverstellers 1 ein Innenrotor 6 angeordnet, der drehfest mit der Nockenwelle verbindbar oder verbunden ist. Der Innenrotor 6 besitzt korrespondierend zu den Lagerflächen 4 des Außenrotors 3 ausgebildete Lagerflächen 7 sowie flügelartige radiale Fortsätze 8, wobei gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vier Lagerflächen 7 und vier Fortsätze 8 vorgesehen sind, die gleichmäßig über den Umfang des Innenrotors verteilt sind. Die Lagerflächen 4 und 7 bilden eine Abdichtung in Umfangsrichtung und die Stirnflächen der Fortsätze 8 liegen radial außenliegend unter Abdichtung an den zugeordneten Druckkammern 5 an, so dass in Umfangsrichtung beidseits der Fortsätze Druckräume 9, 10 gebildet sind. Durch geeignete Beaufschlagung der Druckräume 9, 10 kann die relative Winkellage zwischen Außenrotor 3 und Innenrotor 6 verändert werden, wodurch zur Verstellung der Öffnungszeiten von Ventilen die Winkelbeziehung zwischen dem Antriebsrad 2 und einer Nockenwelle verändert werden kann.
Gemäß 1 sind sowohl die Druckkammern 5 als auch die Lagerflächen 4 mit einem in Umfangsrichtung umlaufenden metallischen Einlagekörper 11 gebildet, welcher ungefähr konstante Wandstärke aufweist. Der Einlagekörper 11 ist stoffschlüssig aufgenommen in einem Tragkörper 12, der gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel integral mit dem Antriebsrad 2 ausgebildet ist oder als separates Bauteil ausgebildet ist, welches fest mit dem Antriebsrad 2 verbindbar ist.
2 zeigt einen Nockenwellenversteller 1' im Längsschnitt. Bei diesem Nockenwellenversteller ist das Antriebsrad 2' integral mit nach innen ragenden, axial ungefähr mittig angeordneten Laschen 13 ausgebildet, die sich in Richtung einer Längsachse X-X des Nockenwellenverstellers 1' über ein Drittel bis ein Viertel der Breite der Laufverzahnung des Antriebsrades 2' erstrecken und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, vgl. 3. An einer Stirnseite der Laschen 13 liegt ein Flansch 14 an, welcher integral mit dem Außenrotor 3' ausgebildet ist. Die Laschen 13 und der Flansch 14 sind reib-, form- oder/oder stoffschlüssig miteinander verbunden und/oder über Befestigungselemente 15, welche gemäß 2 als Schraube ausgebildet sind. Hierzu besitzen die Laschen 13 sowie der Flansch 14 geeignete Bohrungen 16 mit oder ohne Gewinde. Die Bohrungen 16 mit oder ohne Gewinde können hierbei unmittelbar in das das Antriebsrad bildende Material eingebracht werden oder gemäß 4 durch Verstärkungseinsätze 17 bereitgestellt werden, insbesondere Inserts, beispielsweise aus Metall, welche vorzugsweise stoffschlüssig an die weiteren integralen Elemente des Antriebsrades 2 angebunden sind.
Hinsichtlich des Antriebsrades 2, des Außenrotors 3, der Lagerfläche 4, des Innenrotors 6, der Lagerfläche 7, der Fortsätze 8, des Einlagekörpers 11, des Tragkörpers 12, der Laschen 13 und/oder des Flansches 14 gibt es folgende Gestaltungsmöglichkeiten:

– Die vorgenannten Bauelemente können aus einem beliebigen Kunststoff hergestellt sein oder aus einem Faserverbundwerkstoff. Insbesondere findet ein Thermoplast oder ein Duroplast beliebiger Zusammensetzung Einsatz.
– Weiterhin kann ein beliebiger Verbundwerkstoff vorgesehen werden, beispielsweise ein Kunststoff mit einem Eisenmetall oder einem Nichteisenmetall. Hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten können diese gegenseitig aufeinander abgestimmt sein, so dass beispielsweise Kunststoff, Faserverbundwerkstoffe oder Verbundwerkstoffe gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten wie benachbarte Bauelemente aus anderen Materialien aufweisen. Insbesondere besitzen abtriebsseitig angeordnete Bauelemente, also mit der Nockenwelle fest verbundene Bauelemente, einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als antriebsseitig angeordnete Bauelemente.
– Die vorgenannten Bauelemente können zu ein- oder mehrstückig ausgebildeten Einheiten zusammengefasst werden. Beispielsweise ist das Antriebsrad 2, der Außenrotor 3, die Lagerfläche 4 mit Einlagekörper 11, Laschen 13 und Tragkörper 12 sowie Flansch 14 als ein integrales, bauraumoptimiertes Bauelement aus einem oder mehreren Werkstoffen oder Verbundwerkstoffen ausgebildet.
– Zur Gewichtserleichterung und zur Verbesserung der Montagemöglichkeiten können in den vorgenannten Bauelementen Taschen vorgesehen sein.
– Antriebsrad 2 und Einlagekörper 11 können, ggf. unter Zwischenschaltung weiterer (Teil-)Körper kraftschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Verschrauben, formschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Nieten, oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Kleben, Aufspritzen oder einstückige Herstellung, wobei auch Kombinationen der vorgenannten Verbindungsmöglichkeiten denkbar sind.
– Nichtkunststoffelemente können als Hilfsmittel zur Verschraubung benutzt werden, beispielsweise auf Grundlage einer ”mold-in”- oder ”after-molding”-Technik. Bei einer ”mold-in”-Technik handelt es sich beispielsweise um eine Metallbuchse mit Gewinde, die in einer Form umspritzt wird, während als Beispiel für eine ”after-mold”-Technik eine Metallbuchse mit Gewinde denkbar ist, die nach dem Spritzvorgang in ein Kunststoffteil eingebracht wird.
– Metallische Elemente oder Teilkörper können als Verstärkungsmaterial in weiteres Material eingebracht werden, beispielsweise zur Homogenisierung der Ausdehnung und/oder zur Verstärkung, zur Bildung von Stützmaterial und zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit.
– Eine Wahl der Materialen und deren Orientierung kann als thermischer Konstruktionsparameter verwendet werden, bei dem je nach Element und dessen Volumenanteil der Ausdehnungskoeffizient auf eine gewünschte Zielgröße eingestellt wird.
– Die Verwendung von Verstärkungseinsätzen oder Inserts kann insbesondere dazu dienen, Setzkraftverluste zu minimieren und direkte Verschraubungen zuzulassen.
– Gemäß 1 kann der Außenrotor unmittelbar in ein Kunststoffmaterial eingebettet werden. Eine Vereinigung dieses Kunststoffmaterials mit dem Außenrotor kann direkt beispielsweise in einem Spritzprozess erfolgen oder aber mittels einer späteren Montage.

6 zeigt einen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 zugeordneten Teilquerschnitt. Hieraus ist ersichtlich, dass der Flansch 14 keine kreisförmige Außenkontur aufweist, sondern im Anbindungsbereich an die Laschen 13 radial nach außen hervortritt. Weiterhin ist zu erkennen, dass der Außenrotor 3 Teilbereiche mit den Druckkammern 5 besitzt, welche radial nach außen hervortreten und die Befestigungselemente 15 im Bereich von Vertiefungen 18 oder radial nach innen orientierten Taschen mit dem Außenrotor 3 verbunden sind. Hierdurch können die Befestigungselemente 15 zu kleinen Radien ”heruntergezogen” werden, so dass die Befestigungselemente 15 bei einem Radius wirken, der im Bereich des Außendurchmessers der Druckkammer 5 liegt oder kleiner ist als dieser. Hierbei sind die Befestigungselemente 15, die Laschen 13 und ein etwaiger Flansch 14 axial zwischen den Stirnflächen des Antriebsrades 2' vorgesehen, so dass sich eine kleine axiale Baugröße ergibt.
7 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung für ein Antriebsrad 2'' mit zugeordneten Bauelementen, hier ein Zahnkranz 19, ein Tragelement 20 und ein Gehäuse 21.
Das Gehäuse 21 ist insbesondere als Blechteil ausgebildet mit einer ungefähr zylinderförmigen Mantelfläche 22 und beinhaltet weitere Bauelemente des Nockenwellenverstellers 1''. An der Mantelfläche 22 stützt sich das Tragelement 20 fest ab, insbesondere durch eine stoffschlüssige Anbindung. Hierzu besitzt das Tragelement 20 einen hohlzylinderförmigen Anlagesteg 23, der radial innenliegend an der Mantelfläche 22 anliegt und an mindestens einer axialen Stirnfläche mit dem Gehäuse 21 stoffschlüssig verbunden ist. Der Anlagesteg 23 geht, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Übergangsradius, über in einen kreisringscheibenförmigen Tragkörper 24, der koaxial zur Längsachse X-X orientiert ist und wiederum übergeht in einen hohlzylinderförmigen Außenkörper 25 mit einem umlaufenden Absatz 26 oder Bund in dem dem Tragkörper 24 gegenüberliegenden Endbereich.
Der Zahnkranz 19 liegt im Bereich einer axialen Stirnfläche an dem Absatz 26 an, während die gegenüberliegende Stirnseite des Zahnkranzes 19 einen radial nach innen ragenden radialen Ansatz 27 aufweist, der an dem Tragkörper 24 bzw. dem Übergangsbereich zwischen Tragkörper 24 und Außenkörper 25 anliegt. Radial innen liegend, insbesondere ungefähr mittig, besitzt der Zahnkranz 19 einen umlaufenden Vorsprung oder über Teilumfänge vorgesehenen Verbindungsbereich 29, der sich ungefähr über die halbe Breite des Zahnkranzes 19 erstreckt. Der Verbindungsbereich 29 ist mit der äußeren Mantelfläche des Außenkörpers 25 stoffschlüssig verbunden.
Für den Zahnkranz 19, das Tragelement 20 und das Gehäuse 21 können sämtliche zuvor erwähnten Materialien oder Materialkombinationen eingesetzt werden. Als eine beispielhafte Ausführungsform ist eine Herstellung des Zahnkranzes 19 aus Kunststoff, insbesondere einem Duroplast, denkbar, während das Tragelement 20 und das Gehäuse 21 aus einem Metall hergestellt sind.
Der Absatz 26 kann alternativ oder zusätzlich zu der Montageerleichterung einer Führung eines Antriebselementes wie eines Zahnriemens oder einer Steuerkette in Richtung der Längsachse X-X dienen.
Der Außenkörper 25 besitzt auf seiner äußeren Mantelfäche vorzugsweise Vertiefungen 31 oder Aussparungen oder Nuten, die als Taschen in dem Außenkörper oder durchgehend durch diesen ausgebildet sein können. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 31 mit ungefähr rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Von dem Zahnkranz 19, insbesondere von dem Vorsprung 30, treten radial nach innen orientierte Vorsprünge 32 oder ein umlaufender Bund radial nach innen hervor, die zumindest in Längsrichtung X-X und/oder in Umfangsrichtung formschlüssig in der Vertiefung 31, Aussparung oder der Nut aufgenommen sind. In radialer Richtung kann der Zahnkranz 19 gegenüber dem Tragelement 20 durch den Vorsprung 30 und/oder Vorsprung 32 geführt sein.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Antriebsrad
3: Außenrotor
4: Lagerfläche Außenrotor
5: Druckkammer
6: Innenrotor
7: Lagerfläche Innenrotor
8: Fortsätze
9: Druckraum
10: Druckraum
11: Einlagekörper
12: Tragkörper
13: Laschen
14: Flansch
15: Befestigungselement
16: Bohrung
17: Verstärkungseinsatz
18: Vertiefung
19: Zahnkranz
20: Tragelement
21: Gehäuse
22: Mantelfläche
23: Anlagesteg
24: Tragkörper
25: Außenkörper
26: Absatz
27: Ansatz
28: erster Verbindungsbereich
29: zweiter Verbindungsbereich
30: Vorsprung
31: Vertiefung
32: Vorsprung

Claims

Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine, bei dem die relative Winkelbeziehung zwischen einem Antriebsrad (2) und einem einer Nockenwelle zugeordneten Abtriebselement verstellbar ist und der ein Gehäuse (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Gehäuse (21) in einem ersten Verbindungsbereich (28) fest mit einem Tragelement (20) verbunden ist, wobei das Tragelement (20) in einem zweiten Verbindungsbereich (29) fest mit einem Zahnkranz (19) aus Kunststoff verbunden ist, – wobei der Radius des ersten Verbindungsbereiches (28) kleiner als der Radius des zweiten Verbindungsbereiches (29) ist und im zweiten Verbindungsbereich (29) eine äußere Mantelfläche des Tragelementes (20) korrespondierend zu einer inneren Mantelfläche des Zahnkranzes (19) ausgebildet ist, – wobei Tragelement (20) und Zahnkranz (19) formschlüssig ineinander eingreifen, – wobei der Formschluss als von einem der vorgenannten Bauteile (19, 20) ausgebildeten radialen Vorsprung oder Absatz ausgebildet ist, der in eine Vertiefung oder Nut des anderen Bauteiles (19, 20) eingreift.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (20) einen hohlzylinderförmigen Anlagesteg (23) aufweist und mit der inneren Mantelfläche des Anlagesteges (23) der erste Verbindungsbereich (28) gebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (20) einen hohlzylinderförmigen Außenkörper (25) aufweist und mit der äußeren Mantelfläche des Außenkörpers (25) der zweite Verbindungsbereich (29) gebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (25) und der Anlagesteg (23) über einen kreisringförmigen Tragkörper (24) miteinander verbunden sind.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verbindungsbereich (28) und/oder zweiten Verbindungsbereich (29) eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Tragelement (20) und dem Gehäuse (21) oder dem Zahnkranzes (19) vorgesehen ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verbindungsbereich (29) der Zahnkranz (19) reibschlüssig mit dem Tragelement (20) verbunden ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (19) einen Absatz (27) aufweist, der zumindest während einer Montage zur Anlage an das Tragelement (20) kommt und die relative Lage zwischen dem Tragelement (20) und dem Zahnkranz (19) vorgibt.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenkörper (25) des Tragelementes (20) einen radial nach außen orientierten Absatz (26) oder Vorsprung aufweist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (19) einen radial nach innen orientierten, in Umfangsrichtung um die Längsachse umlaufenden Vorsprung (30) aufweist, welcher im zweiten Verbindungsbereich (29) vollflächig an einem Außenkörper (25) des Tragelementes (20) anliegt.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (19) mindestens einen radial nach innen orientierten Vorsprung (32) aufweist, welcher formschlüssig in einer Vertiefung (31) oder Aussparung eines Außenkörpers (25) des Tragelementes (20) aufgenommen ist.