DE102007049072B4 - Phase adjuster for an internal combustion engine with an Oldham clutch - Google Patents
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- F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
- F16D3/04—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted to allow radial displacement, e.g. Oldham couplings
Abstract
Phasenversteller zum Verstellen der relativen Winkellage zweier Wellen, umfassend einen Aktuator (05) mit einer Abtriebswelle (19), ein Stellglied (07) mit einer Verstellwelle (08), welche über ein Verstellgetriebe mit einer der Wellen verbunden ist, und einer zwischen der Abtriebswelle (19) und der Verstellwelle (08) angeordnete Kupplung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine Oldham-Kupplung ist, deren Oldham-Scheibe (12) aus Kunststoff besteht und dass die Oldham-Scheibe (12) vier um jeweils 90° zueinander versetzte Langlöcher oder Schlitze (13) aufweist, dass die der Oldham-Scheibe (12) zugewandten Enden der Abtriebswelle (19) und der Verstellwelle (08) über jeweils zwei einander gegenüberliegende Bolzen (15, 16) mit den Langlöchern oder Schlitzen (13) der Oldham-Scheibe (12) in Verbindung stehen, wobei entweder die zum Verbinden der Abtriebswelle (19) dienenden Bolzen (15, 16) oder die zum Verbinden der Verstellwelle (08) dienenden Bolzen (15, 16) jeweils einen Kopf aufweisen, durch welche die Oldham-Scheibe (12) axial festgelegt ist.Phase adjuster for adjusting the relative angular position of two shafts, comprising an actuator (05) with an output shaft (19), an actuator (07) with an adjustment shaft (08), which is connected to one of the shafts via an adjustment gear, and one between the output shaft (19) and the adjusting shaft (08) arranged coupling, characterized in that the coupling is an Oldham coupling, the Oldham disc (12) is made of plastic and that the Oldham disc (12) offset four by 90 ° to each other Elongated holes or slots (13) that the ends of the output shaft (19) and the adjusting shaft (08) facing the Oldham disc (12) each have two opposing bolts (15, 16) with the elongated holes or slots (13) Oldham disc (12) are connected, either the bolts (15, 16) used to connect the output shaft (19) or the bolts (15, 16) used to connect the adjusting shaft (08) each have a head sen, through which the Oldham disc (12) is fixed axially.
Description
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Phasenversteller zum Verstellen einer relativen Winkellage zweier Wellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a phase adjuster for adjusting a relative angular position of two shafts according to the preamble of
Solche Phasenversteller werden insbesondere bei Brennkraftmaschinen zum Verstellen der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle eingesetzt und umfassen einen Aktuator mit einer Abtriebswelle, ein Stellglied mit einer Verstellwelle, welche über ein Verstellgetriebe mit der zu verstellenden Welle verbunden ist, und eine zwischen Abtriebswelle und Verstellwelle angeordnete Kupplung.Such phase adjusters are used in particular in internal combustion engines to adjust the relative angular position of a camshaft relative to a crankshaft and comprise an actuator with an output shaft, an actuator with an adjusting shaft which is connected to the shaft to be adjusted via an adjusting gear, and an arranged between the output shaft and adjusting shaft Coupling.
Phasenversteller bei Verbrennungsmotoren dienen vorzugsweise zur Verstellung der Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile (Nockenwellenversteller) bzw. als Phasenversteller für Aktuatorwellen bei variablen Ventiltrieben. Phasenversteller sind in einem Wellensystem angeordnet. Über die Antriebswelle - z. B. ein Nockenwellenkettenrad - wird Antriebsleistung dem Wellensystem zugeführt, welche mittels der Abtriebswelle - z. B. der Nockenwelle - wieder entzogen wird. Der Phasenversteller dient als Bindeglied zwischen der Antriebswelle und der zu treibenden Welle. Er erlaubt, zusätzlich zur Antriebsleistung mechanische Leistung in das Wellensystem einzukoppeln oder aus diesem abzuführen. Dadurch kann die durch das Antriebsrad erzwungene Bewegungsfunktion der zu treibenden Welle verändert werden, beispielsweise kann ein Phasenversatz realisiert werden.Phase adjusters in internal combustion engines are preferably used to adjust the opening and closing times of the gas exchange valves (camshaft adjusters) or as phase adjusters for actuator shafts with variable valve trains. Phase adjusters are arranged in a shaft system. About the drive shaft - z. B. a camshaft sprocket - drive power is supplied to the shaft system, which by means of the output shaft - z. B. the camshaft - is withdrawn again. The phase adjuster serves as a link between the drive shaft and the shaft to be driven. In addition to the drive power, it allows mechanical power to be coupled into or removed from the shaft system. As a result, the movement function of the shaft to be driven, which is forced by the drive wheel, can be changed, for example a phase shift can be realized.
Phasenversteller lassen sich in zwei Hauptgruppen unterteilen. Zur ersten Hauptgruppe zählen Phasenversteller mit einem Stellglied, also einer Funktionseinheit, die in den Massenstrom oder Energiefluss eingreift, welches beispielsweise hydraulisch, elektrisch oder mechanisch ausgebildet ist, und sich mit Getriebeelementen des Nockenwellenverstellers mitdreht. Die zweite Hauptgruppe umfasst Phasenversteller mit einem separaten Steller, also einer Funktionseinheit, in der aus der Reglerausgangsgröße die zur Aussteuerung des Stellgliedes erforderliche Stellgröße gebildet wird, und einem separaten Stellglied. Bei der zweiten Hauptgruppe gibt es drei Bauformen. Die erste Bauform sind Phasenversteller mit einem mitdrehenden Aktuator und einem mitdrehenden Stellglied, beispielsweise ein hochübersetzendes Getriebe, dessen Stellwelle durch einen mitdrehenden Hydraulikmotor oder Fliehkraftmotor vorverstellt werden kann und mittels einer Feder rückverstellt werden kann. Zur zweiten Bauform zählen Phasenversteller mit einem mitdrehenden Stellglied und einem stationären, motorfesten Aktuator, beispielsweise einem Elektromotor oder einer elektrischen oder mechanischen Bremse. In der
Bei Systemen gemäß der zweiten Hauptgruppe sind Aktuator und Stellglied mittels einer Stellwelle miteinander verbunden. Die Verbindung kann schaltbar oder nicht schaltbar sein, lösbar oder unlösbar, spielfrei oder mit Spiel behaftet und weich oder steif ausgeführt sein. Unabhängig von der Bauform kann die Verstellenergie in Form einer Bereitstellung durch eine Antriebs- bzw. eine Bremsleistung sowie unter Ausnutzung von Verlustleistungen des Wellensystems (z. B. Reibung) bzw. von Trägheiten bzw. von Fliehkräften erfolgen. Ein Bremsen kann auch unter vollständiger Ausnutzung oder Mitbenutzung der Reibleistung der Nockenwelle erfolgen. Ein Phasenversteller kann mit oder ohne eine mechanische Begrenzung des Verstellbereiches ausgestattet sein. Als Stellmechanismus bzw. Stellglied kommen in einem Nockenwellenversteller ein- oder mehrstufige Drei-Wellen-Getriebe bzw. Mehrgelenk bzw. Koppelgetriebe folgender Bauformen zum Einsatz: Taumelscheibengetriebe, Exzentnergetriebe, Planetengetriebe, Wellengetriebe, Kurvenscheibengetriebe, Mehrgelenk- bzw. Koppelgetriebe oder Kombinationen der einzelnen Bauformen bei einer mehrstufigen Ausführung.In systems according to the second main group, actuator and actuator are connected to one another by means of an actuating shaft. The connection can be switchable or non-switchable, detachable or non-detachable, free of play or with play and soft or stiff. Regardless of the design, the adjustment energy can take the form of provision by a drive or braking power and by utilizing power losses of the shaft system (e.g. friction) or inertia or centrifugal forces. Braking can also take place with full use or joint use of the friction power of the camshaft. A phase adjuster can be equipped with or without mechanical limitation of the adjustment range. Single or multi-stage three-shaft gearboxes or multi-link or coupling gearboxes of the following designs are used as actuating mechanisms or actuator in a camshaft adjuster: a multi-stage version.
Im Stand der Technik ist es in der Regel üblich Nockenwelle, Stellglied und Aktuator in Reihe anzuordnen. Das Stellglied ist hierbei zumeist an der Nockenwelle mittels einer Zentralschraube befestigt. Der Aktuator ist am Zylinderkopf, also auf der von der Nockenwelle abgewandten Seite, befestigt. Auf Grund der Fertigungstoleranzen entsteht ein radialer, nicht erwünschter Achsversatz zwischen der Abtriebswelle des Aktuators und der Verstellwelle des Stellgliedes.In the prior art, it is generally customary to arrange the camshaft, actuator and actuator in series. The actuator is usually attached to the camshaft by means of a central screw. The actuator is attached to the cylinder head, i.e. on the side facing away from the camshaft. Due to the manufacturing tolerances, there is a radial, undesirable axis offset between the output shaft of the actuator and the adjusting shaft of the actuator.
Eine zwischen der Abtriebswelle und der Verstellwelle angeordnete Kupplung soll das Drehmoment vom Aktuator bzw. das Antriebsmoment für das Stellgetriebe übertragen und gleichzeitig den Achsversatz zwischen Abtriebswelle und Verstellwelle ausgleichen.A clutch arranged between the output shaft and the adjustment shaft is intended to transmit the torque from the actuator or the drive torque for the actuating gear and at the same time to compensate for the axial offset between the output shaft and the adjustment shaft.
Aus der
Aus der
Oldham-Kupplungen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so dass auf eine Erläuterung ihrer grundsätzlichen Bau- und Funktionsweise an dieser Stelle verzichtet werden kann. Eine Oldham-Kupplung geht beispielsweise aus
Im Stand der Technik war es bislang üblich, die Oldhamscheibe von Oldham-Kupplungen aus Stahl herzustellen. Die Verwendung von Stahl hat jedoch den Nachteil, dass die Kupplung nur ein relativ geringes Spiel haben darf, da es ansonsten zu Problemen beim Einhalten der geforderten Geräuscharmut kommen würde. Außerdem hat Stahl eine hohe Dichte und damit verbunden auch ein hohes Massenträgheitsmoment. Nicht zuletzt ist Stahl auch ein vergleichsweise teurer Werkstoff.In the prior art, it has been customary to manufacture the Oldham disc from Oldham couplings from steel. However, the use of steel has the disadvantage that the coupling may only have a relatively small amount of play, since otherwise there would be problems in maintaining the required low noise level. In addition, steel has a high density and associated high moment of inertia. Last but not least, steel is also a comparatively expensive material.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Phasenversteller mit einer verbesserten Kupplung zur Verfügung zu stellen, wobei sich die Kupplung durch eine geräuscharme Funktionsweise und ein möglichst geringes Massenträgheitsmoment auszeichnen soll. Für die Kupplung sollten möglichst wenige, kostengünstig zu fertigende Bauteile zum Einsatz kommen. Außerdem sollen mit der Kupplung vergleichsweise große Achsversätze zwischen Abtriebswelle des Aktuators und der Verstellwelle des Stellgliedes ausgeglichen werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Montage des Nockenwellenverstellers zu ermöglichen.The object of the present invention is therefore to provide a phase adjuster with an improved clutch, the clutch being characterized by a low-noise mode of operation and the lowest possible moment of inertia. As few components that can be manufactured inexpensively should be used for the coupling. In addition, the clutch should be able to compensate for comparatively large axial offsets between the output shaft of the actuator and the adjusting shaft of the actuator. Another object of the invention is to enable simple assembly of the camshaft adjuster.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch Phasenversteller gemäß den Ansprüchen 1 und 2 gelöst.The tasks according to the invention are achieved by phase adjusters according to
Der erfindungsgemäße Phasenversteller gemäß Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Oldham-Scheibe aus Kunststoff besteht. Ferner weist die Oldham-Scheibe vier jeweils um 90° zueinander versetzte Langlöcher bzw. Schlitze auf. Außerdem stehen bei dieser Ausführungsform die der OldhamScheibe zugewandten Enden der Abtriebswelle und der Verstellwelle über jeweils zwei einander gegenüberliegende Bolzen mit den Langlöchern bzw. Schlitzen der Oldham-Scheibe in Verbindung. Dabei sind entweder die zum Verbinden der Abtriebswelle dienenden Bolzen oder die zum Verbinden der Verstellwelle dienenden Bolzen mit einem Kopf versehen.The phase adjuster according to the invention is characterized in that the Oldham disc is made of plastic. Furthermore, the Oldham disc has four elongated holes or slots, each offset by 90 ° to one another. In addition, in this embodiment, the ends of the output shaft and the adjusting shaft facing the Oldham disk are connected to the elongated holes or slots of the Oldham disk via two opposing bolts. Either the bolts used to connect the output shaft or the bolts used to connect the adjusting shaft are provided with a head.
Zur Befestigung der Bolzen bzw. Ausführung der Bolzen gibt es drei verschiedene Ausführungsvarianten.There are three different versions for fastening the bolts or the execution of the bolts.
Bei der einfachsten Ausführungsvariante sind in die der Oldham-Scheibe zugewandten Stirnflächen von Abtriebswelle und Verstellwelle jeweils zwei einander gegenüberliegende Bohrungen eingebracht. In diese Bohrungen sind die Bolzen eingesetzt.In the simplest design variant, two mutually opposite bores are made in the end faces of the output shaft and adjusting shaft facing the Oldham disk. The bolts are inserted into these holes.
Die zweite Ausführungsvariante verwendet zur Befestigung der Bolzen separate Verbindungsscheiben, die an den der Oldham-Scheibe zugewandten Enden der Abtriebswelle und der Verstellwelle befestigt sind. Die Verbindungsscheiben besitzen jeweils zwei gegenüberliegende Bohrungen zur Befestigung der Bolzen.The second design variant uses separate for fastening the bolts Connecting disks, which are attached to the ends of the output shaft and the adjusting shaft facing the Oldham disk. The connecting washers each have two opposite holes for fastening the bolts.
Bei einer dritten Ausführungsvariante ist auf dem der Oldham-Scheibe zugewandten Ende der Abtriebswelle ein Antriebselement angeordnet. Die zum Eingriff mit den Langlöchern bzw. Schlitzen der Oldham-Scheibe dienenden Bolzen sind bei dieser Ausführungsvariante als Erweiterungen des Antriebselementes ausgebildet.In a third embodiment variant, a drive element is arranged on the end of the output shaft facing the Oldham disk. The bolts used to engage the elongated holes or slots of the Oldham disk are designed as extensions of the drive element in this embodiment variant.
Allen beschriebenen Ausführungsvarianten gemein ist die Verwendung einfacher, leicht zu fertigender Bauteile. Selbst das vergleichsweise komplexe Antriebselement der dritten Ausführungsform lässt sich kostengünstig fertigen. Beispielsweise kann es gesintert werden oder so wie die Oldham-Scheibe auch aus Kunststoff hergestellt werden. Die Verwendung des Antriebselementes wirkt sich zusätzlich positiv auf das Massenträgheitsmoment aus.Common to all the design variants described is the use of simple, easy-to-manufacture components. Even the comparatively complex drive element of the third embodiment can be manufactured inexpensively. For example, it can be sintered or, like the Oldham disc, also made of plastic. The use of the drive element also has a positive effect on the moment of inertia.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die Verwendung von Kunststoff für die Oldham-Scheibe eine erheblichen Reduzierung der Massenträgheit an der Verstellwelle erreicht werden kann, da Kunststoff im Vergleich zu Stahl eine wesentlich geringere Dichte aufweist. Kunststoff besitzt außerdem auch sehr gute Dämpfungseigenschaften, wodurch eine geräuscharme Funktion der Kupplung sichergestellt ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Kupplungen, die Oldham-Scheiben aus Stahl verwenden, kann die erfindungsgemäße Kupplung aufgrund der guten Dämpfungseigenschaften von Kunststoff ein wesentlich höheres Spiel haben, was nicht zu letzt auch zu einer Reduzierung der Fertigungskosten führt.A major advantage of the solution according to the invention is that the use of plastic for the Oldham disc can achieve a considerable reduction in the mass inertia on the adjusting shaft, since plastic has a significantly lower density than steel. Plastic also has very good damping properties, which ensures a low-noise function of the coupling. Compared to conventional clutches that use Oldham discs made of steel, the coupling according to the invention can have a considerably higher clearance due to the good damping properties of plastic, which not least also leads to a reduction in production costs.
Der erfindungsgemäße Phasenversteller gemäß Anspruch 2 weist eine Oldham-Scheibe mit einer zentralen Öffnung auf, durch welche hindurch die Montage der Zentralschraube auf der Nockenwelle möglich ist.The phase adjuster according to the invention according to claim 2 has an Oldham disc with a central opening through which the central screw can be mounted on the camshaft.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Oldham-Scheibe aus einem thermoplastischen Kunststoff. Bauteile aus thermoplastischen Kunstoffen lassen sich äußerst preiswert fertigen und zeichnen sich durch gute Gebrauchseigenschaften aus.In an advantageous embodiment, the Oldham disc is made of a thermoplastic. Components made of thermoplastic materials can be manufactured extremely inexpensively and are characterized by good performance properties.
Teilkristalline Thermoplaste sind für die erfindungsgemäße Ausführung der Oldham-Scheibe geeignet, besonders verstärkte Polyamide. Letztgenannte haben eine hohe Steifigkeit und Festigkeit, sowie eine extreme Schlagzähigkeit. Das macht sie äußerst robust gegen mechanische Beanspruchung. Außerdem haben Polyamide sehr gute Gleiteigenschaften. Als zweckmäßig hat sich beispielsweise die Verwendung von glasfaserverstärktem Polyamid, wie PA 66 GF26 erwiesen.Semi-crystalline thermoplastics are suitable for the design of the Oldham pane according to the invention, particularly reinforced polyamides. The latter have high rigidity and strength, as well as extreme impact strength. This makes them extremely robust against mechanical stress. In addition, polyamides have very good sliding properties. For example, the use of glass fiber reinforced polyamide, such as PA 66 GF26, has proven to be expedient.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Oldham-Scheibe eine an die zu erwartende Beanspruchung angepasste Wandstärke auf. Durch die Anpassung der Oldham-Scheibendicke an den jeweiligen Einsatzfall kann eine weitere Optimierung bezüglich der Masse bzw. Massenträgheit erfolgen. In a further advantageous embodiment, the Oldham disc has a wall thickness that is adapted to the expected stress. By adapting the Oldham disc thickness to the respective application, a further optimization with regard to the mass or inertia can take place.
Schließlich hat es sich weiterhin noch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Oldham-Scheibe mit Verrippungen versehen ist. Durch die Verrippungen kann auch bei einer relativ geringen Wandstärke eine hohe Steifigkeit der Oldham-Scheibe realisiert werden, wobei wiederum eine Optimierung hinsichtlich Masse bzw. Massenträgheit erreicht werden kann.Finally, it has also proven to be advantageous if the Oldham washer is provided with ribs. The ribbing enables the Oldham washer to have a high degree of rigidity even with a relatively small wall thickness, and optimization in terms of mass or inertia can be achieved.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 einen Nockenwellenversteller nach dem Stand der Technik in einer vereinfachten Darstellung; -
2 Bauteile einer bei einem erfindungsgemäßen Phasenwellenversteller verwendeten ersten Ausführungsform einer Kupplung in einer schematischen Darstellung; -
3 die zusammengebaute Kupplung gemäß2 in einer schematischen Schnittdarstellung; -
4 eine zweite Ausführungsform der Kupplung in einer räumlichen Darstellung; -
5 die Kupplung gemäß4 in einer Explosionsdarstellung.
-
1 a camshaft adjuster according to the prior art in a simplified representation; -
2nd Components of a first embodiment of a clutch used in a phase wave adjuster according to the invention in a schematic representation; -
3rd the assembled coupling according to2nd in a schematic sectional view; -
4th a second embodiment of the coupling in a spatial representation; -
5 the clutch according to4th in an exploded view.
Zwischen Abtriebswelle und Verstellwelle
Als Aktuator
Durch die motorfeste Montage des Aktuators
Eine beim erfindungsgemäßen Phasenversteller verwendete erste Ausführungsform einer Kupplung soll anhand der
Die Kupplung umfasst zwei Verbindungsscheiben
In
In dem in
Bei der Ausführung der am Stellglied
In den
Bei der in
Die Kupplung kann alternativ auch ohne Verbindungsscheiben
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 0101
- Nockenwellecamshaft
- 0202
- --
- 0303
- Antriebsraddrive wheel
- 0404
- --
- 0505
- AktuatorActuator
- 0606
- --
- 0707
- StellgliedActuator
- 0808
- VerstellwelleAdjustment shaft
- 0909
- ZylinderkopfCylinder head
- 1010th
- --
- 1111
- VerbindungsscheibenConnecting washers
- 1212
- Oldham-ScheibeOldham disc
- 1313
- Langlöcher / Schlitze in der Oldham-ScheibeElongated holes / slots in the Oldham disc
- 1414
- Bohrungen in den VerbindungsscheibenBores in the connecting washers
- 1515
- erste Bolzen ohne Kopffirst bolt without a head
- 1616
- zweite Bolzen mit Kopfsecond bolt with head
- 1717th
- zentrale Öffnung in Oldham-Scheibecentral opening in Oldham disc
- 1818th
- AntriebselementDrive element
- 1919th
- AbtriebswelleOutput shaft
- 2020th
- Erweiterungen des AntriebselementsExtensions to the drive element
Claims (14)
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