DE102005034276A1

DE102005034276A1 - Nockenwellenstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102005034276A1
Application number: DE102005034276A
Authority: DE
Inventors: Lutz Grunow; Ulrich Dr.rer.nat. Stubbemann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-01-25
Also published as: WO2007009620A1; US20080149057A1; US7866289B2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenstellvorrichtung, die wenigstens ein zur Kopplung mit einer Nockenwelle (10a, 10b) vorgesehenes Stellmittel (11a, 11b), insbesondere ein Flügelzellenstellerbauteil, mit einem Zentralventil (22a, 22b) aufweist, mit einem Zentralspannmittel (13a, 13b). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenstellvorrichtung ein Zusatzfixiermittel (14a, 14b) umfasst, das zumindest zur Unterstützung einer drehfesten Kopplung des Stellmittels (11a, 11b) mit der Nockenwelle (10a, 10b) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 198 17 319 C2 ist eine gattungsbildende Nockenwellenstellvorrichtung bekannt, die ein mit einer Nockenwelle gekoppeltes Stellmittel mit einem integrierten Zentralventil aufweist. Das Stellmittel wird von einem Innenkörper gebildet, der radial nach außen weisende Flügel aufweist, die mit radial nach innen weisenden Flügeln eines Außenkörpers in Wirkverbindung stehen. Der Innenkörper ist von einer zentralen Spannschraube durchsetzt und ist über diese axial gegen die Nockenwelle verspannt. Ferner umfasst die Nockenwellenstellvorrichtung einen Ventilschieber, der in die ein Ventilgehäuse bildende Spannschraube integriert ist.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenstellvorrichtung mit geringen Herstellkosten und einer hohen Funktionssicherheit bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenstellvorrichtung, die wenigstens ein zur Kopplung mit einer Nockenwelle vorgesehenes Stellmittel, insbesondere ein Flügelzellenstellerbauteil, mit einem Zentralventil aufweist, mit einem Zentralspannmittel.

Es wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenstellvorrichtung wenigstens ein Zusatzfixiermittel umfasst, das zumindest zur Unterstützung einer drehfesten Kopplung des Stellmittels mit der Nockenwelle vorgesehen ist. Dabei soll unter einem "Zusatzfixiermittel" insbesondere ein Mittel verstanden werden, mittels dessen eine erforderliche Spannkraft bzw. Normalkraft gegenüber einer Vorrichtung ohne Zusatzfixiermittel reduziert werden kann. Das Zusatzfixiermittel kann dabei zusätzlich zu einem allein durch das Spannmittel hervorgerufenen Kraftschluss einen Formschluss bewirken, beispielsweise indem das Zusatzfixiermittel von angeformten Verzahnungen, wie von Polygonverzahnungen, einer oder mehreren aufgerauten Oberflächen usw., gebildet ist, und/oder das Zusatzfixiermittel kann einen Stoffschluss bewirken, beispielsweise indem das Zusatzfixiermittel von einem Klebstoff gebildet ist, der zwischen dem Stellmittel und der Nockenwelle angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist jedoch zumindest ein Zusatzfixiermittel von einem reibkrafterhöhenden Mittel, wie von einer oder mehreren reibkrafterhöhenden Beschichtungen, einer reibkrafterhöhenden Scheibe und/oder vorteilhaft von einer reibkrafterhöhenden Folie, gebildet, wodurch das Zusatzfixiermittel besonders konstruktiv einfach und kostengünstig realisierbar ist. Das reibkrafterhöhende Mittel kann vorzugsweise dazu vorgesehen sein, eine Mikroverzahnung zu erreichen, beispielsweise indem dasselbe Splitter aufweist, die aus einem härteren Material sind als das Stellmittel und die Nockenwelle und die sich in dieselben eingraben. Als Splitter können vorzugsweise Diamantsplitter oder auch sonstige, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende metallische und/oder nichtmetallische Splitter verwendet werden. Unter "vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang insbesondere speziell "ausgestattet" und/oder speziell "ausgelegt" verstanden werden. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einem "Zentralventil" insbesondere ein Ventil verstanden werden, welches innerhalb des Stellmittels angeordnet ist und insbesondere zumindest einen bewegbar gelagerten Ventilkörper, wie einen Ventilschieber und/oder eine Ventilkugel, umfasst.

Durch eine entsprechende erfindungsgemäße Ausgestaltung können von dem Zentralspannmittel aufzubringende Spannkräfte reduziert, unerwünschte Verformungen, die insbesondere Einfluss auf eine Bewegung des Zentralventils bzw. auf einen Ventilschieber aufweisen könnten, können sicher vermieden und insbesondere können für das Stellmittel und/oder das Zentralspannmittel kostengünstig verarbeitbare Materialien, insbesondere mit relativ geringen Zugfestigkeitswerten, eingesetzt werden. Vorzugsweise kann wenigstens das Zentralspannmittel zumindest teilweise aus einem Material mit einer Zugfestigkeit kleiner oder gleich 800 MPa gebildet sein, und/oder wenigstens das Stellmittel kann sogar zumindest teilweise aus einem Material mit einer Zugfestigkeit kleiner oder gleich 250 MPa gebildet sein. Alternativ könnten das Stellmittel und/oder das Zentralspannmittel aus Materialien mit höheren Zugfestigkeiten und mit geringeren Materialstärken ausgeführt werden. Eine günstige Herstellung kann insbesondere erreicht werden, wenn wenigstens das Zentralspannmittel und/oder wenigstens das Stellmittel zumindest teilweise aus einer Leichtmetalllegierung und/oder aus einem Kunststoff gebildet sind. Dabei können verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Legierungen eingesetzt werden, wie vorzugsweise Aluminiumlegierungen und/oder Magnesiumlegierungen, wodurch besonders leichte Bauteile erreicht werden können, die kostengünstig herstellbar sind. Vorzugsweise können für das Zentralspannmittel und/oder das Stellmittel Automatenstähle eingesetzt werden, die für ein Zerspanen auf automatisierten Werkzeugmaschinen optimiert sind, und/oder Materialien, die vorteilhaft strangpressbar sind.

Ferner können verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Kunststoffe eingesetzt werden, jedoch vorteilhaft faser- und/oder partikelverstärkte Kunststoffe, wobei vorzugsweise als Basiskunststoff ein Duroplast auf Phenolharzbasis eingesetzt wird.

Sind das Stellmittel und das Zentralspannmittel zumindest teilweise aus dem gleichen Material gebildet, können unterschiedliche Wärmedehnungen im Betrieb und durch unterschiedliche Materialien bedingte unerwünschte Entspannungen und/oder Verspannungen vermieden werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Zentralspannmittel, im Einbauzustand betrachtet, unmittelbar am Stellmittel anliegt, wodurch zusätzliche Bauteile, Bauraum, Gewicht, Montageaufwand und Kosten eingespart werden können.

Weist die Nockenwellenstellvorrichtung ein Sicherungsmittel auf, das dazu vorgesehen ist, das Zusatzfixiermittel an dessen Trägerbauteil verliersicher zu halten, kann das Trägerbauteil, wie insbesondere die Nockenwelle und/oder besonders bevorzugt das Stellmittel selbst, gemeinsam mit dem Zusatzfixiermittel als Baueinheit angeliefert und/oder montiert werden.

Das Sicherungsmittel kann dabei von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Mitteln gebildet sein, wie von Rast-, Klemm-, Stoffschluss- und/oder Formschlussmitteln. Besonders vorteilhaft ist das Sicherungsmittel jedoch durch ein Anspritzverfahren oder ein anderes Beschichtungsverfahren hergestellt, und zwar wird vorzugsweise bei der Herstellung des Stellmittels das Zusatzfixiermittel umspritzt, wodurch zusätzliche Bauteile für das Sicherungsmittel vermieden werden können.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch eine Nockenwellenstellvorrichtung, montiert an einer Nockenwelle, und
2 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer alternativen Nockenwellenstellvorrichtung mit aus Kunststoff hergestellten Bauteilen.
1 zeigt eine Nockenwellenstellvorrichtung, die ein mit einer Nockenwelle 10a gekoppeltes, von einem Flügelkolben gebildetes Stellmittel 11a und ein Zentralventil 22a mit einem in axialer Richtung beweglich gelagerten Ventilschieber 12a aufweist. Ferner umfasst die Nockenwellenstellvorrichtung ein als Spannschraube ausgebildetes Zentralspannmittel 13a, das zugleich das Ventilgehäuse des Zentralventils 22a bildet und das das Stellmittel 11a durchsetzt und das mit einem Außengewinde 18a in ein Innengewinde 16a der Nockenwelle 10a eingeschraubt ist und mittels dessen das Stellmittel 11a in axialer Richtung gegen die Nockenwelle 10a gedrückt ist. Das Zentralspannmittel 13a liegt dabei mit einem angeformten, schraubenkopfartigen Radialflansch 19a unmittelbar am Stellmittel 11a an. Zwischen dem Stellmittel 11a und der Nockenwelle 10a, und zwar zwischen Stirnseiten derselben, ist ein von einer reibkrafterhöhenden Folie gebildetes Zusatzfixier mittel 14a angeordnet, das zur Unterstützung einer drehfesten Kopplung des Stellmittels 11a mit der Nockenwelle 10a vorgesehen ist. Das Zusatzfixiermittel 14a weist zur Herstellung einer Mikroverzahnung Diamantsplitter auf.
Das Zentralspannmittel 13a ist konzentrisch zum Stellmittel 11a und koaxial zur Nockenwelle 10a angeordnet und dient als Ventilgehäuse für das Zentralventil 22a. In dem im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Zentralspannmittel 13a ist der Ventilschieber 12a in axialer Richtung verschiebbar gelagert und kann mittels eines nicht näher dargestellten elektromagnetischen Aktuators in axialer Richtung betätigt werden.
Das innerhalb eines Flügelzellenstellergehäuses 17a angeordnete Stellmittel 11a ist aus einer Leichtmetalllegierung, und zwar aus einer Magnesiumlegierung, mit einer Zugfestigkeit kleiner als 250 MPa gebildet, und das Zentralspannmittel 13a ist aus einer Aluminiumlegierung mit einer Zugfestigkeit kleiner als 800 MPa gebildet. Das Stellmittel 11a und/oder insbesondere das Zentralspannmittel 13a könnten jedoch auch aus einem Automatenstahl gebildet sein.
Das Flügelzellenstellergehäuse 17a ist drehfest mit einem Kettenrad 20a gekoppelt, das wiederum über eine nicht näher dargestellte Kette mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle gekoppelt ist. Das Kettenrad 20a schließt das Stellmittel 11a und das Flügelzellenstellergehäuse 17a in Richtung Nockenwelle 10a ab, während ein Deckel 21a das Stellmittel 11a und das Flügelzellenstellergehäuse 17a in die von der Nockenwelle 10a abgewandte Richtung abschließt.
Im Betrieb wird von der Kurbelwelle über die Kette das Kettenrad 20a und mit dem Kettenrad 20a das Flügelzellenstellergehäuse 17a angetrieben. Von dem Flügelzellenstellergehäuse 17a wird über ein mittels des Ventilschiebers 12a steuerbares Ölvolumen das Stellmittel 11a und über das Stellmittel 11a die Nockenwelle 10a angetrieben. Das Stellmittel 11a ist relativ zum Flügelzellenstellergehäuse 17a drehbar gelagert, und mittels des Ventilschiebers 12a kann die relative Drehstellung des Stellmittels 11a zum Flügelzellenstellergehäuse 17a und damit die relative Drehstellung der Kurbelwelle zur Nockenwelle 10a verstellt werden.
In 2 ist ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer alternativen Nockenwellenstellvorrichtung dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele den Bezugszeichen die Buchstaben a und b hinzugefügt sind. Ferner kann bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in 1 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in 1.
Die Nockenwellenstellvorrichtung weist ein Stellmittel 11b und ein Zentralspannmittel 13b auf, die beide aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sind.
Das Stellmittel 11b ist in einem Spritzgussverfahren hergestellt, wobei bei der Herstellung des Stellmittels 11b ein von einer reibkrafterhöhenden Folie gebildetes Zusatzfixiermittel 14b umspritzt wird, so dass Sicherungsmittel 15b ausgebildet werden, mittels derer das Zusatzfixiermittel 14b verliersicher an dem Stellmittel 11b gehalten ist, und so dass das Stellmittel 11b und das Zusatzfixiermittel 14b als eine Baugruppe gemeinsam montiert werden können.

10: Nockenwelle
11: Stellmittel
12: Ventilschieber
13: Zentralspannmittel
14: Zusatzfixiermittel
15: Sicherungsmittel
16: Innengewinde
17: Flügelzellenstellergehäuse
18: Außengewinde
19: Radialflansch
20: Kettenrad
21: Deckel
22: Zentralventil

Claims

Nockenwellenstellvorrichtung, die wenigstens ein zur Kopplung mit einer Nockenwelle (10a, 10b) vorgesehenes Stellmittel (11a, 11b), insbesondere ein Flügelzellenstellerbauteil, mit einem Zentralventil (22a, 22b) aufweist, mit einem Zentralspannmittel (13a, 13b), gekennzeichnet durch wenigstens ein Zusatzfixiermittel (14a, 14b), das zumindest zur Unterstützung einer drehfesten Kopplung des Stellmittels (11a, 11b) mit der Nockenwelle (10a, 10b) vorgesehen ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzfixiermittel (14a, 14b) von einem reibkrafterhöhenden Mittel gebildet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Zentralspannmittel (13a, 13b) zumindest teilweise aus einem Material mit einer Zugfestigkeit kleiner oder gleich 800 MPa gebildet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Zentralspannmittel (13a) zumindest teilweise aus einer Leichtmetalllegierung gebildet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Zentralspannmittel (13b) zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Stellmittel (11a, 11b) zumindest teilweise aus einem Material mit einer Zugfestigkeit kleiner oder gleich 250 MPa gebildet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Stellmittel (11a) zumindest teilweise aus einer Leichmetalllegierung gebildet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Stellmittel (11b) zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein zumindest teilweise aus einer Aluminiumlegierung und/oder Magnesiumlegierung gebildetes Bauteil.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralspannmittel (13a, 13b), im Einbauzustand betrachtet, unmittelbar am Stellmittel (11a, 11b) anliegt.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Sicherungsmittel (15b), das dazu vorgesehen ist, das Zusatzfixiermittel (14b) an dessen Trägerbauteil verliersicher zu halten.
Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsmittel (15b) durch ein Anspritzverfahren hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Stellmittels (11b) das Zusatzfixiermittel (14b) umspritzt wird.