DE102007003858A1

DE102007003858A1 - Verstellvorrichtung zur axialen und rotatorischen Verstellung einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102007003858A1
Application number: DE102007003858A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schäfer; Sebastian Dipl.-Ing. Zwahr
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaefer Jens De
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-07-31
Also published as: DE202007013389U1

Abstract

Verstellvorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle (1), welche mittels eines Antriebsrades in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei das Antriebsrad eine Nabe (2) umfasst und sich die Nockenwelle (1) und die Nabe (2) konzentrisch um eine Nockenwellenlängsachse (3) herum erstrecken, wobei die Nockenwelle (1) und die Nabe (2) mittels einer Führungseinrichtung derart kraftübertragend in Wirkverbindung stehen, dass bezüglich des Antriebsrades eine axiale und rotatorische Verstellung der Nockenwelle (1) in Drehrichtung und um die Nockenwellenlängsachse (3) möglich ist, wobei die Führungseinrichtung zumindest einen Führungskörper (4) umfasst, welcher in mindestens einer jeweils zugeordneten Führungsbahn (5) geführt ist, wobei diese eine Erstreckungsrichtung (6) mit einer Steigung umfasst, und sich die Steigung mit Änderung der axialen Position entlang der Nockenwellenlängsachse (4) ändert, sodass die radiale und axiale Verstellinformation der Nockenwelle (1) relativ zum Antriebsrad in der geometrischen Ausbildung der Führungsbahn (5) abgelegt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle, welche mittels eines Antriebsrades in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei das Antriebsrad eine Nabe umfasst, und sich die Nockenwelle und die Nabe konzentrisch um eine Nockenwellenlängsachse herum erstrecken, wobei die Nockenwelle und die Nabe mittels einer Führungseinrichtung derart kraftübertragend in Wirkverbindung stehen, dass bezüglich des Antriebsrades eine axiale und rotatorische Verstellung der Nockenwelle in Drehrichtung und um die Nockenwellenlängsachse möglich ist.
Die Verstellung einer Nockenwelle in Drehrichtung relativ zur Kurbelwelle bewirkt eine Phasenverstellung des Ventiltriebes, wohingegen eine Axialverstellung der Nockenwelle eine Verstellung des Ventilhubes bewirkt. Die Ventilhubverstellung kann mit Hilfe von Raumnocken in Verbindung mit einer axial verschiebbaren Nockenwelle erfolgen. Ein so ausgebildeter dreidimensionaler Nocken, auf dem die Hubinformation abgelegt ist, ermöglicht in Verbindung mit einem entsprechend gestalteten Abgriffselement einen Linienkontakt. Bei einer Verstellung für einen kleinen Ventilhub ist der effektive Nockenradius kleiner, wohingegen durch die Verstellung das Abgriffselement auf dem Nocken entlang läuft und einen größeren Hubradius abgreifen kann. Somit ist eine Ventilhubverstellung möglich, wobei bei der Auslegung des Raumnockens auch die Anderung der Phasenlage berücksichtigt werden kann. Bei höheren Lasten kann damit die Ladungsbewegung durch ein späteres Öffnen des Einlassventils wegen des dann herrschenden höheren Unterdrucks ebenfalls intensiviert werden. Die dadurch bedingte höhere Brenngeschwindigkeit bewirkt auch bei höheren Lasten trotz späteren Brennbeginns ein rechtzeitiges Brennende. Dadurch ergeben sich ein niedriger Spitzendruck, geringere Klopfneigung und geringere Stickoxidbildung, ohne Verbrauchsnachteile in Kauf nehmen zu müssen.
Stand der Technik
Aus der Patentschrift US 6,474,281 B1 ist eine Verstellvorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle bekannt, welche eine Führungseinrichtung umfasst, die im Bereich der Nabe des Antriebsrades angeordnet ist, und eine axiale sowie eine radiale Verstellung der Nockenwelle ermöglicht. Die Führungseinrichtung umfasst eine Axialführung nach Art einer Keilverzahnung bzw. Kerbverzahnung, welche einen gewissen Schrägungswinkel relativ zur Nockenwellenlängsachse aufweist. Die Keilverzahnung umfasst einen zylinderförmigen Innenteil, der mit der Nockenwelle verdreh- und axialfest in Verbindung steht, wobei dieser Teil in einer mit einer Keilverzahnung innenverzahnten Bohrung eingesetzt ist, die in der Nabe des Antriebsrades eingebracht ist. Bei einer axialen Verstellung des zylinderförmigen Innenteils relativ zur Bohrung der Nabe wird eine Phasenverstellung der Nockenwelle relativ zum Antriebsrad und damit relativ zur Kurbelwelle hervorgerufen.
Bei dieser Ausführung entsteht jedoch das Problem, dass lediglich ein linearer Zusammenhang zwischen der axialen Position der Nockenwelle und der Phasenverstellung der Nockenwelle relativ zum Antriebsrad möglich ist. Der lineare Zusammenhang erstreckt sich über den gesamten Stellbereich der Nockenwel le in axialer Richtung, so dass die Phasenverstellung nicht unabhängig von der Ventilhubverstellung möglich ist. Entweder es entsteht bei einer kleinen Phasenverstellung ein kleiner Ventilhub oder bei einer großen Phasenverstellung ein großer Ventilhub bzw. dies in umgekehrter Nennung. Eine Variation des Ventilhubes bei gleicher Phasenverstellung bzw. eine Variation der Phasenverstellung bei einem gleichen Ventilhub ist gemäß der Ausführungen aus dem Stand der Technik nicht ermöglicht. Zudem muss die Forderung erfüllt bleiben, die Phasenverstellung sowie die Ventilhubverstellung in einer baulichen Einheit auszuführen, welche eine einzige Führungseinrichtung sowohl zur Phasenverstellung als auch zur Ventilhubverstellung nutzbar macht. Der Betrag der Phasenverstellung relativ zur axialen Verstellung der Nockenwelle ist durch den Schrägungswinkel der Keilverzahnung vorgegeben, und ist somit geometrisch festgelegt.
Wünschenswert wäre jedoch, eine Führungseinrichtung zwischen dem Antriebsrad bzw. der zugeordneten Nabe und der Nockenwelle zu schaffen, welche einen nicht linearen Zusammenhang der Phasenverstellung zur axialen Verstellung der Nockenwelle bietet. Ferner ist es wünschenswert, durch eine freie geometrische Ausgestaltung der dreh- und axialbeweglichen Führung des inneren Elementes der Führungseinrichtung, welches mit der Nockenwelle in Verbindung gebracht ist, dieses relativ zur Nabe des Antriebsrades zu verstellen, was lediglich durch eine entsprechende geometrische Ausbildung der Führung vorgegeben werden könnte.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstellvorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle zu schaffen, welche durch eine freie geometrische Gestaltung der Führungseinrichtung eine frei wählbare axiale Verstellung relativ zur Phasenverstellung der Nockenwelle ermöglicht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Verstellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Führungseinrichtung zumindest einen Führungskörper umfasst, welcher in wenigstens einer jeweils zugeordneten Führungsbahn geführt ist, wobei diese eine Erstreckungsrichtung mit einer Steigung umfasst, und sich die Steigung mit Änderungen der axialen Position entlang der Nockenwellenlängsachse ändert, so dass die radiale und axiale Verstellinformation der Nockenwelle relativ zum Antriebsrad in der geometrischen Ausbildung der Führungsbahn abgelegt ist.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, eine Verstellvorrichtung für einen Raumnockenventiltrieb zu schaffen, welche durch eine spezielle Ausgestaltung der Führungseinrichtung einen beliebigen Zusammenhang zwischen der Phasenverstellung und der axialen Verstellung der Nockenwelle schafft. Dies wird ermöglicht, in dem ein Führungskörper geschaffen wird, welcher in bzw. auf der Führungsbahn frei beweglich ist. Die Erstreckungsrichtung der Führungsbahn weist eine Steigung auf, die geometrisch beliebig ausgestaltet werden kann. Somit kann die Steigung bei einer ersten axialen Endlage der Nockenwelle beispielsweise sehr groß oder sehr klein sein und ändert sich bei axialer Verschiebung der Nockenwelle. Die Führungsbahn kann daher beispielsweise S-förmig, C-förmig oder Doppel-S-förmig usw. ausgebildet sein. Der Zusammenhang zwischen der Phasenverstellung der axialen Verstellung der Nockenwelle ist deshalb in der Erstreckungsrichtung bzw. in der Steigung der Führungsbahn geometrisch als Information abgelegt.
Die Phasenlage kann zwischen einer frühen und einer späten Phasenlage verändert werden, was bedeutet, dass die Ventilbewegung der Drehung der Kurbelwelle bzw. der Hubposition des Kolbens voreilt oder nachläuft. Bei einer angenommenen Veränderung der Phasenlage von einem frühen bzw. späten Zeitpunkt von 15% kann beispielsweise die axiale Verschiebebewegung der Nockenwelle bereits 50% umfassen, wobei andererseits die geometrische Ausgestaltung der Führungsbahn derart gewählt werden kann, dass bei einer 50-prozentigen axialen Verschiebung der Nockenwelle die Phasenlage bereits 85% der maximal frühen bzw. maximal späten Phasenlage beträgt. Abweichend vom Stand der Technik, bei dem die frühe bzw. späte Phasenlage immer einen linearen Zusammenhang mit der axialen Verschiebebewegung der Nockenwelle bildet, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bereich geschaffen werden, welcher – respektive der geometrischen Festlegung des Zusammenhangs – durch verschiedene Verstellcharakteristiken aufgespannt wird. Das oben stehend genannte Beispiel der frühen bzw. späten Phasenlage in Verbindung mit einer beispielsweise 50-prozentigen axialen Verschiebung der Nockenwelle zeigt, dass der Ventilhub relativ zur Phasenlage gemäß einer optimierten Leistungsentfaltung der Brennkraftmaschine bzw. einem optimierten Verbrauchsverhalten und damit einem optimierten Verbrennungsverhalten Rechnung tragen kann.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Führungskörpers kann darin gesehen werden, dass der wenigstens eine Führungskörper als Wälzkörper ausgeführt ist, so dass die Führungseinrichtung der Art einer Kugelführung entspricht. Bei dieser technischen Ausgestaltung der Führungseinrichtung weist sowohl die Nockenwelle als auch die Nabe wenigstens eine, bevorzugt mehrere Führungsbahnen auf, zwischen denen jeweils die Wälzkörper angeordnet werden. Die Kraftübertragung zwischen der Nabe und der Nockenwelle erfolgt somit über die Wälzkörper, so dass sich eine Führung ausbildet, welche der Bauart einer Kugelumlaufführung bzw. einer einfachen Kugelführung mit einer Hin- und Herbewegung zweier axial verschiebbarer sowie radial verdrehbarer Körper zueinander entspricht. Es ist hinreichend, eine Führungsbahn in der Nabe bzw. eine Führungsbahn in der Nockenwelle zu schaffen, wobei zwischen den Führungsbahnen nur ein Wälzkörper angeordnet ist. Vorteilhaft ist jedoch, dass in einem Führungsbahnpaar mehrere Wälzkörper angeordnet sind, um eine verbesserte kraftübertragende Wirkverbindung zwischen der Nabe und der Nockenwelle zu schaffen. Noch vorteilhafter ist es, eine Führungseinrichtung mit mehreren Führungsbahnen bzw. Führungsbahnpaaren zwischen der Nockenwelle und der Nabe zu schaffen, die jeweils wiederum mehrere Wälzkörper beinhalten.
Vorteilhafterweise ist die Führungsbahn in der Nabe und/oder in der Nockenwelle eingebracht. Die Erstreckungsrichtung der Führungsbahn und damit die Steigung der Führungsbahn in der Nabe, d. h. im innenliegenden Bereich der zylindrischen Bohrung in der Nabe, ist von der geometrischen Ausgestaltung der Führungsbahn auf der zylinderförmigen Außenseite der Nockenwelle unabhängig, d. h. die Erstreckungsrichtungen der inneren und äußeren Führungsbahnen kann voneinander abweichen. Lediglich die Erstreckungsrichtungen, d. h. die Steigung der Führungsbahnen, welche mehrfach entweder innerhalb der Nabe oder auf der Nockenwelle vorhanden sind, müssen gleich ausgestaltet sein, da die Führungskörper jeweils parallel verlaufen müssen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nockenwelle eine Führungshülse umfasst, welche axial und verdrehfest auf dieser aufgebracht ist, und die Führungsbahn zur Führung wenigstens einen Führungskörper aufweist. Damit ist die Führungsbahn nicht direkt in die Nockenwelle eingebracht, sondern wird in einer Führungshülse vorgesehen, welche axial und verdrehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Verbindung kann durch ein Aufpressen der Führungshülse auf die Nockenwelle erfolgen, wobei auch andere Fügeverbindungen wie Schweißen, Kleben, Löten oder Verstemmen eine jeweilige Möglichkeit zur Bildung einer festen Verbindung darstellt. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass die Nockenwelle und die Führungshülse aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Nabe und der Nockenwelle bzw. der Führungshülse ein Übertragungsglied angeordnet, welches die Wälzkörper gemäß eines Wälzkörperkäfigs aufnimmt und eine relative Verstellung der Wälzkörper zur wenigstens einen Führungsbahn ermöglicht. Das Übertragungsglied ist hohlzylinderartig bzw. hülsenartig ausgebildet und umschließt die Nockenwelle in dem Bereich bzw. auf der Strecke, auf der sich die Nockenwelle in die Nabe des Antriebsrades hinein erstreckt. Somit ist das Übertragungsglied als rohrförmige Hülse im radialen Spalt zwischen der Nockenwelle und der Nabe angeordnet. Die Wälzkörper sind in jeweils zugeordneten Öffnungen innerhalb des Hülsenbereiches des Übertragungsgliedes aufgenommen, so dass bei einer axialen Verschiebung des Übertragungsgliedes relativ zur Nockenwelle bzw. relativ zur Nabe eine Kraft auf die Wälzkörper ausgeübt wird, und die Nockenwelle relativ zur Nabe verdreht wird, da die Wälzkörper durch die auf diese ausgeübte Kraft in der jeweiligen Führungsbahn entlang laufen. Damit kann der maximal mögliche Verstellweg bzw. die maximal mögliche Phasenverstellung der Nockenwelle relativ zur Nabe vergrößert werden. Damit ist das Prinzip einer Differenzgewindespindel realisiert, wobei das Übertragungsglied auch selbst innen- und außenseitige gleit- oder wälzgelagerte Schrägführungen umfassen kann, um eine weitere Übersetzungsstufe bzw. eine spezielle Übertragungsfunktion zu erhalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Führungskörpers kann dieser als Gleitkörper ausgebildet sein, so dass die Führungseinrichtung der Art einer Gleitführung entspricht. Anders als bei einem Wälzkörper kann ein Gleitkörper ebenfalls innerhalb der Führungsbahn entlang gleiten, so dass auch bei dieser Ausführungsform die Führungsbahn die gewünschte Erstreckungsrichtung mit der entsprechenden Steigung aufweist und der Gleitkörper in der Führungsbahn entlang gleitet. Es können ein oder mehrere Gleitkörper vorhanden sein, welche entweder außenseitig auf einer endseitig an der Nockenwelle angeordneten Führungsscheibe aufgebracht sind oder in der Innenseite der Nabe eingebracht sind. Gegenüber den Gleitkörpern ist die jeweilige Führungsbahn vorgesehen, so dass nicht festgelegt ist, ob die Gleitkörper innenseitig in der Bohrung der Nabe eingebracht sind oder außenseitig auf der Nockenwelle aufgebracht sind, wobei letztere Variante fertigungstechnisch die einfachere Lösung darstellt.
Wie bereits bei der Ausführungsform der Führungskörper als Wälzkörper erwähnt, können auch mehrere Gleitkörper innerhalb einer Führungsbahn aufgenommen sein und in dieser entlang gleiten, wobei im Unterschied zum Wälzkörper lediglich entweder in der Nabe oder auf der Nockenwelle die Führungsbahn eingebracht werden muss, da nicht zwei sich gegenüberliegende Führungsbahnen erforderlich sind. Mittels einer geeigneten Schmierung der Gleitführung kann diese äußerst reibungsarm ausgeführt werden, so dass lediglich eine axiale Verstellung in die Nockenwelle eingeleitet werden muss, um neben der ohnehin erzeugten axialen Verstellung der Nockenwelle eine Phasenverstellung hervorzurufen. Es sei erwähnt, dass auch eine Kombination verschieden ausgebildeter Führungskörper vorgesehen sein kann, so dass sowohl Gleitkörper als auch Wälzkörper innerhalb einer Führungseinrichtung eingebracht werden können.
Vorteilhafterweise bilden das Antriebsrad mit der Nabe sowie die Führungseinrichtung eine bauliche Einheit. Diese bauliche Einheit kann endseitig an der Nockenwelle angeordnet sein. Das Antriebsrad wird mittels eines Zugmittels angetrieben, und befindet sich gemäß des Standes der Technik endseitig an der Nockenwelle, um von dieser angetrieben zu werden. Erfindungsgemäß kann die Verstellvorrichtung als derart kompakte bauliche Einheit ausgeführt werden, dass zusätzlich ein axialer Verstellaktuator nötig ist, um die axiale Verstellung der Nockenwelle einzuleiten. Damit ergibt sich zugleich die Phasenverstellung gemäß der geometrischen Ausbildung der Führungsbahn innerhalb der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung. Der Aktuator zur axialen Verstellung der Nockenwelle kann als elektrischer oder hydraulischer Aktuator ausgebildet sein, der koaxial zur Nockenwellenlängsachse angeordnet werden kann.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiel
Es zeigt:
1 eine quergeschnittene Seitenansicht einer Nabe sowie einer Nockenwelle, wobei sowohl in der Nabe als auch in der Nockenwelle eine jeweilige Führungsbahn zur Führung eines Führungskörpers vorgesehen ist;
2 eine quergeschnittene Seitenansicht einer Verstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Führungskörper als Gleitkörper ausgebildet ist, und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung mit einem Übertragungsglied zwischen der Nabe und der Nockenwelle.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verstellvorrichtung umfasst eine Nockenwelle 1, welche gemeinsam mit einer Nabe 2 konzentrisch um eine Nockenwellenlängsachse 3 angeordnet ist. Die Nockenwelle 1 ist schematisch mit einer Endseite dargestellt, an welcher die Verstellvorrichtung angeordnet wird. Die Nabe 2 ist als Nabe eines – nicht weiter graphisch dargestellten – Antriebsrades ausgebildet, wobei die Nabe 2 eine Bohrung umfasst, in die sich die Nockenwelle 1 hinein erstrecken kann. In der Wandung der zentrischen Bohrung in der Nabe 2 ist eine Führungsbahn 5 beispielhaft dargestellt, welche eine veränderliche Steigung in Richtung der Nockenwellenlängsachse 3 aufweist. Ferner ist eine weitere Führungsbahn 5 in der Nockenwelle 1 dargestellt, welche mehrere Führungskörper 4 aufnimmt. Die Führungskörper 4 können innerhalb der Führungsbahn 5 abwälzen.
Wird nun die Nockenwelle 1 in die Bohrung in der Nabe 2 eingeführt, so werden die Führungskörper 4 mit der Führungsbahn 5, welche sich in der Bohrung innenseitig in der Nabe 2 befinden, derart in Übereinstimmung gebracht, dass die Führungskörper 4 sowohl in der Führungsbahn 5 der Nockenwelle 1 als auch in der Führungsbahn 5 innerhalb der Bohrung der Nabe 2 abwälzen- oder abgleiten können. Wird in der Anordnung die Nockenwelle 1 in Richtung der Nockenwellenlängsachse 3 relativ zur Nabe 2 verschoben, so bewirkt die geometrische Ausbildung der Führungsbahnen 5 sowohl in der Nabe 2 als auch in der Nockenwelle 1 eine Phasenverstellung der Nockenwelle 1 relativ zur Nabe 2. Der Zusammenhang zwischen der Phasenverstellung bzw. dem Drehwinkel und der Axialverschiebung, d. h. dem axialen Weg in Richtung der Nockenwellenlängsachse 3 wird durch die geometrische Gestalt der Führungsbahn 5 festgelegt.
Die Führungsbahn 5 weist eine Erstreckungsrichtung 6 auf, welche in Richtung der Nockenwellenlängsachse 3 veränderlich ist, was durch die Erstreckungsrichtung 6' gekennzeichnet ist.
Ändert sich die axiale Position der Nockenwelle 1 auf einem ersten Abschnitt relativ zur Nabe 2, so ändert sich die Verdrehung der Nabe 2 relativ zur Nockenwelle 1 um einen ersten Wert, wobei bei einer Änderung der axialen Position der Nockenwelle 1 in Richtung der Nockenwellenlängsachse 2 auf einer zweiten Position die Änderung der Verdrehung der Nabe 2 zur Nockenwelle 1 einen zweiten Wert annimmt. Der erste Wert der Verdrehung kann gegenüber dem zweiten Wert der Verdrehung entweder größer oder kleiner ausgebildet sein.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung, wobei der Führungskörper 4 als Gleitkörper ausgebildet ist, so dass die Führungseinrichtung der Art einer Gleitführung entspricht. Die Führungskörper 4 sind radial außenseitig an einer Führungsscheibe 7 angeordnet, so dass ein stirnradähnlicher Aufbau entsteht. Die radial und gleichverteilt auf dem Umfang angeordneten Führungskörper 4 greifen in eine entsprechende Anzahl von Führungsbahnen 5 ein, die in der Bohrungswandung innerhalb der Nabe 2 eingebracht sind. Die Führungsbahnen 5 innerhalb der Nabe 2 weisen wiederum eine veränderliche Erstreckungsrichtung 6, 6' auf, um einer Veränderung der axialen Position der Nockenwelle 1 eine verschieden starke Veränderung der Verdrehung der Nabe 2 relativ zur Nockenwelle 1 zu bewirken. Beispielhaft ist die Nabe 2 mittels zweier Lagerungen 9 axial fest gelagert, so dass sich die Nockenwelle 1 relativ zur axialfesten Nabe 2 verschieben kann, was durch eine Loslagerstelle 10 möglich ist. Gemäß der schematischen Darstellung der Vielzahl von Führungsbahnen 5 innerhalb der Bohrung in der Nabe 2 wird deutlich, dass die Führungsbahnen 5, welche innerhalb eines Körpers eingebracht sind, einen parallelen Verlauf aufweisen müssen, damit sich die Vielzahl der Führungskörper 4, die außenseitig auf der Führungsscheibe aufgebracht sind, gleichermaßen verdrehen können. Die Axialbeweglichkeit der Nockenwelle 1 ist durch einen Doppelpfeil dargestellt, wobei die Nabe 2 gemäß dieses Ausführungsbeispiels keine Axialbewegung ausführt.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung dargestellt, wobei ein Übertragungsglied 8 vorgesehen ist, welches sich konzentrisch zur Nockenwellenlängsachse 3 zwischen der Nockenwelle 1 und der Nabe 2 erstreckt. Damit sich die Nockenwelle 1 in das Übertragungsglied 8 hinein erstrecken kann, ist dieses hülsenförmig bzw. hohlzylinderartig ausgeführt, so dass der Hülsenabschnitt den Radialspalt zwischen der Nockenwelle 1 und der Nabe 2 ausfüllt. Das Übertragungsglied 8 besitzt mehrere Löcher, in denen jeweils der wälzkörperartig ausgebildete Führungskörper 4 eingebracht ist. Damit werden die Führungskörper 4 durch das Übertragungsglied 8 gegenüber der Nabe 2 und gegenüber der Nockenwelle 1 zwangsgeführt, so dass ein Aufbau gemäß einer Differenzgewindespindel geschaffen ist. Damit wird eine größere bzw. kleiner Übersetzung erreicht, so dass eine Verstellung des Übertragungsgliedes 8 gemäß eines Weges X entlang der Nockenwellenlängsachse eine axiale Verstellung der Nockenwelle 1 um den Wert 2X bewirkt. Somit besteht die Möglichkeit, den Aktuator mit dem Übertragungsglied 8 zu koppeln, so dass die axiale Verstellung der Nockenwelle 1 gegenüber der Nabe 2 lediglich über das Übertragungsglied 8 eingeleitet wird. Die Führungskörper 4 greifen sowohl in Führungsbahnen 5 innerhalb der Nabe 2 als auch in Führungsbahnen 5 auf der Außenseite der Nockenwelle 1 ein. Damit entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Nockenwelle 1 und der Nabe 2, so dass die Drehbewegung auf die Nockenwelle 1 übertragen werden kann, wobei zugleich eine Phasenverstellung sowie eine Axialverstellung möglich ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die im Ausführungsbeispiel dargestellte geometrische Gestalt der Führungsbahn 5, so dass diese auch eine beliebige, anderes geartete Gestalt aufweisen kann. Die geometrische Ausbildung des Führungskörpers 4 ist nicht auf eine Kugelform begrenzt, sondern kann beispielsweise auch eine Zylinderrollenform aufweisen.

1: Nockenwelle
2: Nabe
3: Nockenwellenlängsachse
4: Führungskörper
5: Führungsbahn
6: Erstreckungsrichtung
7: Führungsscheibe
8: Übertragungsglied
9: Lagerung
10: Loslagerstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6474281 B1 [0003]

Claims

Verstellvorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle (1), welche mittels eines Antriebsrades in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei das Antriebsrad eine Nabe (2) umfasst, und sich die Nockenwelle (1) und die Nabe (2) konzentrisch um eine Nockenwellenlängsachse (3) herum erstrecken, wobei die Nockenwelle (1) und die Nabe (2) mittels einer Führungseinrichtung derart kraftübertragend in Wirkverbindung stehen, dass bezüglich des Antriebsrades eine axiale und rotatorische Verstellung der Nockenwelle (1) in Drehrichtung und um die Nockenwellenlängsachse (3) möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung zumindest einen Führungskörper (4) umfasst, welcher in wenigstens einer jeweils zugeordneten Führungsbahn (5) geführt ist, wobei diese eine Erstreckungsrichtung (6) mit einer Steigung umfasst, und sich die Steigung mit Änderung der axialen Position entlang der Nockenwellenlängsachse (3) ändert, sodass die radiale und axiale Verstellinformation der Nockenwelle (1) relativ zum Antriebsrad in der geometrischen Ausbildung der Führungsbahn (5) abgelegt ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Führungskörper (4) als Wälzkörper ausgeführt ist, sodass die Führungseinrichtung der Art einer Kugelführung entspricht.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (5) in der Nabe (2) und/oder in der Nockenwelle (1) eingebracht ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (1) eine Führungshülse umfasst, welche axial- und verdrehfest auf dieser aufgebracht ist und die Führungsbahn (5) zur Führung des wenigstens einen Führungskörpers (4) aufweist.
Verstellvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nabe (2) und der Nockenwelle (1) bzw. der Führungshülse ein Übertragungsglied (8) angeordnet ist, welches die Wälzkörper gemäß eines Wälzkörperkäfigs aufnimmt und eine relative Verstellung der Wälzkörper zur wenigstens einen Führungsbahn (5) ermöglicht.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Führungskörper (4) als Gleitkörper ausgeführt ist, sodass die Führungseinrichtung der Art einer Gleitführung entspricht.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitkörper außenseitig auf einer endseitig an der Nockenwelle (1) angeordneten Führungsscheibe (7) aufgebracht sind, und in die in der Innenseite der Nabe (2) eingebrachten Führungsbahnen (5) eingreifen.
Verstellvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung sowohl als Wälzkörper als auch als Gleitkörper ausgebildete Führungskörper (4) umfasst.
Verstellvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad mit der Nabe (2) sowie die Führungseinrichtung eine bauliche Einheit bilden.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bauliche Einheit aus Antriebsrad mit der Nabe (2) sowie die Führungseinrichtung endseitig an der Nockenwelle (1) angeordnet ist.