DE102006008861B4

DE102006008861B4 - Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006008861B4
Application number: DE102006008861A
Authority: DE
Inventors: Gerold Dipl.-Ing. Sluka; Frank Dipl.-Ing. Heidl
Original assignee: Hofer Mechatronik GmbH
Current assignee: Hofer Mechatronik GmbH
Priority date: 2006-02-25
Filing date: 2006-02-25
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2026-02-26
Also published as: DE102006008861A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen mit zumindest einer Nockenwelle. Der Nockenwellenversteller verändert die relative Lage einer Nockenwelle zum Beeinflussen von Steuerzeiten eines Gaswechsel bewirkenden Ventilsystems. Der Nockenwellenversteller ist mit der Nockenwelle auf einem Lagerabschnitt sitzend verbunden und weist eine zylinderförmige Stellereinheit auf. Die Stellereinheit umfasst, mit dem Ziel der besseren Montage, in radialer Richtung der Nockenwelle zusammenbaubare Schließplatten, die durch mindestens zwei in radialer Richtung der Nockenwelle zusammensetzbare Plattenabschnitte zu bilden sind. Die Schließplatten begrenzen in axialer Richtung der Nockenwelle einen Ringkörpem Ringkörper in Lage gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Montageverfahren einer erfindungsgemäßen Verstellereinheit auf einer dafür geeigneten Nockenwelle.
Ein bekannter Nockenwellenversteller – US 2001/0045196A1 – für eine Brennkraftmaschine ist als vormontierte Stellereinheit auf einem Wellenstumpf eines freien Endes einer Nockenwelle befestigt. Die Stellereinheit ist nach Art eines hydraulischen Schwenkmotors aufgebaut und umfasst einen Stator und einen Rotor. Der Rotor ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden; der Stator mit einem Zahnrad, das unter Zwischenschaltung eines Endlostriebs – der einen Riemen oder eine Kette umfasst – mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung steht. Zur Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle dient eine einzige Schraube, die in eine axiale Gewindebohrung der Nockenwelle hineingedreht ist und eine Stützwand der Stellereinheit gegen eine Stirnseite der besagten Nockenwelle spannt.
In der DE 34 48 556 C2 wird ein Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine offenbart, der eine Einlassnockenwelle und eine Auslassnockenwelle für einen Ventiltrieb umfasst. Die Nockenwellen sind mittels eines Kettentriebs gekoppelt, der von einer Kette umschlungene Kettenräder an den Nockenwellen aufweist, als Mitteltrieb des Nockenwellenantriebs ausgebildet ist und mit axialem Abstand zu Nocken der Nockenwellen verläuft. Zwischen Lostrum und Lasttrum des Kettentriebs ist eine Spanneinrichtung mit einem Hydraulikkolben vorgesehen, der mittels Spannschuhen sich am Lostrum und Lastrum abstützt. Wird der Hydraulikkolben mit Druck beaufschlagt, so wird der Umschlingungsbereich der Kette an beiden Nockenwellen verändert, d. h. das eine Trum wird verlängert und das andere Trum wird entsprechend gekürzt, wodurch dieser Kettentrieb als Nockenwellenversteller zur Beeinflussung der Steuerzeiten des Ventiltriebs wirkt. Die Montage des Nockenwellenverstellers, insbesondere der Kette, erfolgt bei eingebauten Nockenwellen.
Aus den 1 und 3 der DE 10 2004 026 863 A1 sind drehflügelartige Nockenwellenversteller bekannt, deren Bauteile, wie zum Beispiel Kettenrad und Rotor, einen Lagerabschnitt der Nockenwelle nutzen.
In der 1 der DE 10 2004 038 252 A1 sind zwei zu der Nockenwelle senkrecht abzuwinkelnde Abdeckplatten, die untereinander durch Schrauben verspannt werden können, dargestellt, in deren Mitte ein mit einem integrierten Rückschlagsventil ausgestattetes Steuerventil angeordnet werden kann. Eine nachträgliche Montage des Nockenwellenverstellers aus seinen Einzelteilen auf der Nockenwelle ist bei der dargelegten Konstruktion nicht möglich.
Ein wannenartiger Rotor zur Auflage auf der Nockenwelle ist in den 1 und 3 der US 2001/045 196 A1 dargestellt. Aus den einzelnen Darstellungen ist der klassische Montageablauf eines Nockenwellenverstellers herauszulesen, nämlich Zusammenbau der Einzelteile des Nockenwellenverstellers, Aufsetzen des Nockenwellenverstellers auf einer Nockenwelle und anschließendes Fixieren an die Nockenwelle durch eine mittige Zentralschraube.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen zu schaffen, der bei guter Funktion im Aufbau einfach ist und sich unabhängig von Nockenwellengegebenheiten leicht montieren lässt.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein geeignetes Montageverfahren wird in Anspruch 18 beschrieben.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass der Ringkörper und die in radialer Richtung der Nockenwelle zusammenbaubaren Schließplatten der Stellereinheit sowie der Lagerabschnitt der Nockenwelle sich mit vertretbarem Aufwand herstellen lassen. Diese so gestaltete Konstruktion trägt auch dazu bei, dass die Montage der Stellereinheit mit dem Lagerabschnitt der Nockenwelle unabhängig davon vorgenommen werden kann, ob besagte Nockenwelle in eine Brennkraftmaschine eingebaut ist oder nicht. Der Stator mit Statorflügeln, der Bestandteil des Ringkörpers ist und der Rotor mit Rotorflügeln, der dem Lagerabschnitt der Nockenwelle zugeordnet ist, sind problemlos realisierbare und vorbildlich wirksame Bauteile. Die durch die Plattenabschnitte gebildeten Schließplatten in Verbindung mit den axialen Schrauben unterstützen einen relativ aufwandsarmen, jedoch sicheren Zusammenbau der Stellereinheit.
In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, die nachstehend näher erläutert werden.
Es zeigen
1 eine Ansicht von oben auf eine Nockenwelle mit einem Nockenwellenversteller nach der Erfindung;
2 eine Ansicht entsprechend 1;
3 eine Schrägansicht der Nockenwelle mit Nockenwellenversteller gemäß 1;
4 eine Schrägansicht einer Nockenwelle mit Nockenwellenversteller, bei dem auf einer Stirnseite Plattenabschnitte gelöst sind;
5 eine Einzelheit X der 4.
Ein Nockenwellenversteller 1 ist mit einer Nockenwelle 2 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine verbunden und dient zum Beeinflussen von Steuerzeiten eines Ventilsystems, wobei der Nockenwellenversteller 1 die relative Lage der Nockenwelle 2 verändert. Mit dem Ventilsystem wird der Gaswechsel des Kraftstoff-Luft-Gemischs bzw. Abgasstroms der Brennkraftmaschine bewerkstelligt.
Der Nockenwellenversteller 1 ist als eine zylinderförmige Stellereinheit 3 ausgebildet, die auf einem Lagerabschnitt 4 der Nockenwelle 2 angeordnet ist. Die Stellereinheit 3 umfasst einen Ringkörper 5 mit Stirnseiten 6 und 7, die mit in radialer Richtung A-A der Nockenwelle 2 zusammenbaubaren Schließplatten 8 und 9 abgedeckt sind. Die Schließplatten 8 und 9 begrenzen folglich den Ringkörper 5 in axialer Richtung B-B der Nockenwelle 2.
Der Nockenwellenversteller 1 ist gemäß 1 zwischen zwei beabstandeten Nocken 10 und 11 der Nockenwelle 2 auf letzterer festgesetzt. In 2 wird ein im Prinzip baugleicher Nockenwellenversteller 12 benachbart einem freien Ende 13 auf einer Nockenwelle 14 gehalten.
Die Stellereinheit 3 weist einen Stator 15 mit Statorflügeln 16 und einen Rotor 17 mit Rotorflügeln 18 auf. Die Statorflügel 16 sind mit Lagersegmenten 19 versehen, die sich drehbar auf einem Traglager 20 des Lagerabschnitts 4 der Nockenwelle 2 abstützen. Die Lagersegmente 19 sind an freien Enden 21 der Statorflügel 16 vorgesehen, wobei radiale Begrenzungen 22 und 23 der Statorflügel 16 in Richtung Traglager 20 konisch verlaufen und als Anschläge für die Rotorflügel 18 des Rotors 17 dienen. Der Stator 15 ist baulich mit dem Ringkörper 5 vereinigt, der an seiner äußeren Ringseite 24 einen Zahnkranz 25 für einen Endlostrieb – entweder als Riementrieb oder Kettetrieb – besitzt; der Endlostrieb ist zwischen einer Kurbelwelle und der Nockenwelle 2 der Brennkraftmaschine wirksam. Die Statorflügel 16 des Stators 15 werden von einer Art Nabe 26 des Lagerabschnitts 4 der Nockenwelle 2 aufgenommen. Hierzu ist die Nabe 26 mit radialen schlitzförmigen Ausnehmungen 27 ausgestattet, in die die als Stege 28 ausgeführten Rotorflügel 18 des Rotors 17 eingesetzt sind, wobei die Stege 28 gegen die Wirkung von Federn – nicht dargestellt – radialbeweglich ausgeführt sind.
Die Nabe 26 wird durch eine Ausformung der Nockenwelle 2 gebildet. Dabei kann die Ausformung Teil einer gieß- oder schmiedetechnisch hergestellten Nockenwelle 14 sein. Denkbar ist aber auch die Nabe 26 und die Nockenwelle 2 in getrennten Fertigungsverfahren herzustellen und dann die Nabe 26 gemäß dem Herstellungsverfahren einer gebauten Nockenwelle auf einer als Hohlkörper ausgeführten Welle zu fügen. Die Kraftübertragung von der Nockenwelle 2 auf die Nabe 26 erfolgt hierzu kraft- oder formschlüssig oder form- und kraftschlüssig.
Die Schließplatten 8 und 9, die wie bereits beschrieben den Ringkörper 5 auf Stirnseiten 6 und 7 begrenzen, werden jeweils durch zwei ringscheibenförmige Plattenabschnitte 29 und 30 gebildet, die die Form von Sektoren SI und SII aufweisen und in radialer Richtung A-A der Nockenwelle 2 zusammensetzbar sind. Dabei sind die Flächen der Sektoren SI und SII unterschiedlich groß, d. h., die Fläche des Sektors SI ist kleiner als die Fläche des Sektors SII, wobei die Halbmesser Hm1 und Hm2 des Sektors SI einen Winkel α von ca. 120° bis 180° einschließen, die Halbmesser des Sektors II einen entsprechend größeren Winkel. Um eine funktionsgerechte Baueinheit zu erzielen sind die Plattenabschnitte 29 und 30 neben der Abstützung am Ringkörper 5 auch noch an Nabenstirnseiten 31 und 32 der Nabe 26 herangeführt.
Zur Verbindung der Schließplatten 8 und 9 mit dem Ringkörper 5 sind fünf in axialer Richtung B-B der Nockenwelle 2 verlaufende Schrauben 33, 34, 35, 36 und 37 vorgesehen, die sowohl die Schließplatten 8 und 9 wie auch den Ringkörper 5 durchdringen. Die Verteilung von Bohrungen 38, 39, 40, 41 und 42 für die Schrauben 33, 34, 35 36 und 37 ist dabei so gewählt, dass die Bohrungen 38 und 40 in Form von Bohrungshälften 43 und 44 bzw. 44 und 45 auf die Halbmesser Hm1 und Hm2 des Sektors SI bzw. die benachbarten Halbmesser des zweiten Sektors SII gelegt sind. Zumindest ein Teil der Schrauben 33, 34, 35, 36 und 37 erstreckt sich innerhalb von Axialbohrungen 46 in den Statorflügeln 16.
Um die Stellereinheit 3 auf der Nockenwelle 2 zu montieren eignet sich folgendes Verfahren:

(1) Die als Rotorflügel 18 wirkenden Stege 28 werden in die Ausnehmungen 27 der Nabe 26 eingebracht;
(2) Der Ringkörper 5 mit den Statorflügeln 16 wird über die Nockenwelle 2 geschoben und auf der Nabe 26 ausgerichtet;
(3) Die Sektoren SI und SII der Schließplatten 8 und 9 werden an den Stirnseiten 6 und 7 des Ringkörpers 5 bzw. den Nabenstirnseiten 31 und 32 zur Anlage gebracht.
(4) Die Schließplatten 8 und 9 und der Ringkörper 5 werde mittels den Schrauben 33, 34, 35, 36 und 37 verbunden.

1: Nockenwellenversteller
2: Nockenwelle
3: Stellereinheit
4: Lagerabschnitt
5: Ringkörper
6: Stirnseite
7: Stirnseite
8: Schließplatte
9: Schließplatte
10: Nocken
11: Nocken
12: Nockenwellenversteller
13: Ende
14: Nockenwelle
15: Statur
16: Statorflügel
17: Rotor
18: Rotorflügel
19: Lagersegment
20: Traglager
21: freie Ende
22: radiale Begrenzung
23: radiale Begrenzung
24: äußere Ringseite
25: Zahnkranz
26: Nabe
27: Ausnehmung
28: Stege
29: Plattenabschnitt
30: Plattenabschnitt
31: Nabenstirnseite
32: Nabenstirnseite
33: Schraube
34: Schraube
35: Schraube
36: Schraube
37: Schraube
38: Bohrung
39: Bohrung
40: Bohrung
41: Bohrung
42: Bohrung
43: Bohrungshälfte
44: Bohrungshälfte
45: Bohrungshälfte
46: Axialbohrung
A-A: radiale Richtung
B-B: axiale Richtung
Hm1: Halbmesser
Hm2: Halbmesser
SI: Sektor
SII: Sektor

Claims

Nockenwellenversteller (1) für eine Brennkraftmaschine, mit dem die relative Lage einer Nockenwelle (2) zum Beeinflussen von Steuerzeiten eines Gaswechsel bewirkenden Ventilsystems verändert wird, welcher Nockenwellenversteller (1) mit der Nockenwelle (2) auf einem Lagerabschnitt (4) sitzend verbunden ist und eine zylinderförmige Stellereinheit (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinheit (3) in radialer Richtung (A-A) der Nockenwelle (2) zusammenbaubare Schließplatten (8 und 9), die durch mindestens zwei in radialer Richtung (A-A) der Nockenwelle (2) zusammensetzbare Plattenabschnitte (29 und 30) zu bilden sind, umfasst, wobei die Schließplatten (8 und 9) in axialer Richtung (B-B) der Nockenwelle (2) einen Ringkörper (5) begrenzen und unter Vermittlung von Schrauben (33, 34, 35, 36 und 37) an dem Ringkörper (5) in Lage gehalten werden.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinheit (3) einen Stator (15) mit Statorflügeln (16) und einen Rotor (17) mit Rotorflügeln (18) aufweist, wobei die Statorflügel (16) sich mit Lagersegmenten (19) auf einem Traglager (20) des Lagerabschnitts (4) der Nockenwelle (2) abstützen.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (4) nach Art einer Nabe (26) der Nockenwelle (2) ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (26) durch eine Ausformung der Nockenwelle (2) hergestellt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung mittels Innenhochdruckverformungsvorgangs der Nockenwelle (2) hergestellt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (26) auf die Nockenwelle (2) aufgeschrumpft ist.
Nockenwellenversteller (1) nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (26) der Nockenwelle (2) die Rotorflügel (18) des Rotors (17) trägt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflügel (18) die Gestalt von Stegen (28) aufweisen, die radialbeweglich in schlitzförmigen Ausnehmungen (27) der Nabe (26) gelagert sind.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenabschnitte (29 und 30) die Form von Sektoren (SI und SII) aufweisen.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schließplatte mindestens einen ersten Sektor (SI) und einen zweiten Sektor (SII) besitzt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Sektoren (SI und SII) unterschiedlich groß sind.
Nockenwellenversteller (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorflügel (15) an einer Innenseite des Ringkörpers (5) vorgesehen sind.
Nockenwellenversteller (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (5) an einer äußeren Ringseite (24) mit einem Zahnkranz (25) für einen Endlostrieb versehen ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließplatten (8 und 9) und der Ringkörper (5) unter Vermittlung einer oder mehrerer Schrauben (33, 34, 35, 36 und 37) miteinander verbunden sind.
Nockenwellenversteller (1) nach den Ansprüchen 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (33, 34, 35, 36 und 37) sich in axialer Richtung (B-B) der Nockenwelle (2) erstrecken.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schrauben (33, 34, 35, 36 und 37) in Axialbohrungen (46) der Statorflügel (16) verlaufen.
Nockenwellenversteller (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellereinheit (3) zwischen beabstandeten Nocken (10 und 11) der Nockenwelle (23) angeordnet ist.
Verfahren zur Montage der Verstellereinheit (3) auf der Nockenwelle (2) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: (1) die als Rotorflügel (18) wirkenden Stege (28) werden in die Nabe (26) der Nockenwelle (2) eingebracht; (2) der Ringkörper (5) mit den Statorflügeln (16) wird über die Nockenwelle (2) geschoben und auf der Nabe (26) ausgerichtet, (3) die Sektoren (SI und SII) der Schließplatten (8 und 9) werden an den Stirnseiten (6 und 7) des Ringkörpers (5) und den Nabenstirnseiten (31 und 32) zur Anlage gebracht, (4) die Schließplatten (8 und 9) und der Ringkörper (5) werden mittels den Schrauben (33, 34, 35, 36 und 37) verbunden.