DE102009051519A1

DE102009051519A1 - Nockenwellenverstellanordnung

Info

Publication number: DE102009051519A1
Application number: DE102009051519A
Authority: DE
Inventors: Ali Bayrakdar
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-31
Filing date: 2009-10-31
Publication date: 2011-05-05
Also published as: EP2494157B1; US20120210963A1; EP2494157A1; WO2011051377A1; US8776744B2; CN102686837B; CN102686837A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellanordnung (1) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Nockenwellenverstellanordnung (1) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (3) umfasst, das gegenüber der Nockenwelle (2) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) einzustellen, wobei zur Steuerung des Flusses des Druckfluids in die Hydraulikkammern ein Steuerventil (4) vorgesehen ist, wobei das Steuerventil (4) von dem Bereich eines Nockenwellenlagers (5) aus über einen Fluidkanal (6, 7, 8, 9) mit Druckfluid versorgt wird. Um eine verbesserte Fluidleitung bei geringer Bauteilschwächung zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass der Fluidkanal (6, 7, 8, 9) einen Ringraum (6) umfasst, der zwischen dem axialen Ende (10) der zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildeten Nockenwelle (2), einem flanschartigen Abschnitt (11) eines mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Gehäuseelements (12), in das das Steuerventil (4) eingebaut ist, einer radial innenliegenden Begrenzungsfläche (13) des Gehäuseelements (12) und einem Abschnitt (14) der Wandung des Nockenwellenlagers (5) gebildet wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellanordnung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Nockenwellenverstellanordnung ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement umfasst, das gegenüber der Nockenwelle drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle einzustellen, wobei zur Steuerung des Flusses des Druckfluids in die Hydraulikkammern ein Steuerventil vorgesehen ist, wobei das Steuerventil von dem Bereich eines Nockenwellenlagers aus über einen Fluidkanal mit Druckfluid versorgt wird.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenverstellvorrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, wobei exemplarisch auf die DE 10 2005 052 481 A1 und auf die DE 10 2005 041 393 A1 hingewiesen wird. In dem Nockenwellenversteller ist ein Flügelrad vorhanden, in dem Flügel eingeformt oder angeordnet sind. Die Flügel befinden sich in Hydraulikkammern, die in einem Außenrotor eingearbeitet sind. Durch entsprechende Beaufschlagung der jeweiligen Seite der Hydraulikkammern mit Hydraulikfluid kann eine Verstellung des Innenrotors relativ zum Außenrotor zwischen einem „Frühanschlag” und einem „Spätanschlag” erfolgen. Dabei wird der Fluss von Hydrauliköl durch ein elektrisch angesteuertes Wegeventil gesteuert. Das Ventil weist ein Gehäuse auf, in das eine Ventilbohrung eingebracht ist. Ein Steuerkolben kann sich in eine Verschieberichtung relativ zum Gehäuse bewegen, wofür ein elektromagnetisch betätigtes Linearverschiebeelement eingesetzt wird. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Linearverschiebelement des Ventils von der Fahrzeugelektrik bzw. -elektronik mit einem solchen Steuerstrom beaufschlagt, dass – in Abhängigkeit der Motorparameter – eine gewünschte Nockenwellenverstellung bzw. Verstellung der Gaswechselventile bewerkstelligt wird.
Zur Steuerung der Bewegung wird also mittels des Steuerventils Hydraulikfluid gemäß den Bedürfnissen in die Hydraulikkammern geleitet. Das unter Druck stehende Hydrauliköl wird dabei von einer Hydraulikpumpe über den Zylinderkopf und über den Bereich des Nockenwellenlagers über den genannten Fluidkanal in die Hydraulikkammern geleitet.
Als nachteilig hat sich folgender Umstand herausgestellt: Um die fluidische Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe und dem Steuerventil herzustellen, werden gemäß dem Stand der Technik in die Nockenwelle im Bereich des Nockenwellenlagers eine Eindrehung sowie Durchgangsbohrungen eingebracht, über die das Druckfluid geleitet wird. Sowohl die Eindrehung als auch die Bohrungen schwächen die Nockenwelle. Weiterhin ist das Einbringen von Eindrehung und Durchgangsbohrungen aufwändig und führt zu entsprechenden Bearbeitungskosten. Ferner muss bei der bisher bekannten Konzeption die Nockenwelle als Vollwelle ausgebildet sein, was entsprechend nachteilige Folgen hinsichtlich des Gewichts der Nockenwelle hat.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellanordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich ist, den Fluidkanal im Bereich des Nockenwellenlagers und dessen Anbindung an den weiteren Fluidweg so zu gestalten, dass die Fertigung der Anordnung einfacher und damit kostengünstiger wird. Weiterhin soll es vermieden werden, die Nockenwelle im Bereich ihrer Anbindung an den Nockenwellenversteller bearbeiten zu müssen, so dass deren mechanische Festigkeit geschwächt wird. Schließlich soll es auch möglich werden, auf eine Hohlwelle als Nockenwelle zurückgreifen zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal einen Ringraum umfasst, der zwischen dem axialen Ende der zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildeten Nockenwelle, einem flanschartigen Abschnitt eines mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Gehäuseelements, in das das Steuerventil eingebaut ist, einer radial innenliegenden Begrenzungsfläche des Gehäuseelements und einem Abschnitt der Wandung des Nockenwellenlagers gebildet wird.
Der Ringraum ist dabei bevorzugt im Radialschnitt rechteckförmig ausgebildet.
Das Steuerventil kann eine Zentralschraube umfassen, mit der es in dem Gehäuseelement koaxial zur Nockenwelle festgelegt ist.
Die Nockenwelle ist bevorzugt direkt an dem Gehäuseelement befestigt. Die Befestigung der Nockenwelle an dem Gehäuseelement erfolgt dabei bevorzugt durch eine Presspassung zwischen einem innenzylindrischen Abschnitt der Nockenwelle und einem zylindrischen Abschnitt des Gehäuseelements. Die Befestigung kann auch durch eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen; diese kann als Verlötung, insbesondere als Hartverlötung, oder als Verschweißung, insbesondere als Laserstrahl- oder Elektronenstrahlverschweißung, ausgebildet sein.
Das Gehäuseelement kann weiterhin eine axiale Anlagefläche für das axiale Ende der Nockenwelle aufweisen, um für die Nockenwelle eine definierte axiale Endposition relativ zum Gehäuseelement zu definieren.
Der flanschartige Abschnitt des Gehäuseelements bildet indes vorzugsweise eine axiale Lagerfläche für das Nockenwellenlager, wodurch auch für die Nockenwelle eine axiale Lagerfunktion geschaffen wird.
Der Fluidkanal für das Druckfluid umfasst bevorzugt mehrere Bohrungen, die das Gehäuseelement durchsetzen, wobei die Bohrungen vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 30° und 60° zur Achse der Nockenwelle angeordnet sind.
Mit der vorgeschlagenen Ausbildung des Nockenwellenverstellers kann bei Einsatz eines Zentralventils zur Steuerung des Druckfluids erreicht werden, dass als Grundkörper für die Nockenwelle zumindest abschnittsweise ein Rohr eingesetzt werden kann, was entsprechende Gewichtsvorteile bietet.
Weiterhin kann auf eine mechanische Bearbeitung im Endbereich der Nockenwelle im Bereich des Nockenwellenlagers verzichtet werden, so dass nicht nur diesbezügliche Bearbeitungskosten nicht anfallen, sondern auch die mechanische Festigkeit der Nockenwelle erhalten bleibt.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch eine Nockenwellenverstellanordnung eines Verbrennungsmotors mit einer ansatzweise dargestellten Nockenwelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 in der Darstellung gemäß 1 eine alternative Ausführungsform der Nockenwellenverstellanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 in der Darstellung gemäß 1 eine weitere alternative Ausführungsform der Nockenwellenverstellanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
4 in der Darstellung gemäß 1 eine weitere alternative Ausführungsform der Nockenwellenverstellanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung und
5 den Bereich des Steuerventils samt Nockenwellenansatz und Nockenwellenlager in vergrößerter Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den 1 bis 4 sind vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellanordnung 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt, die sich letztlich nur in der Art und Weise unterscheiden, wie ein Steuerventil 4 betätigt wird, das benötigt wird, um gezielt Druckfluid in (nicht dargestellte) Hydraulikkammern zu leiten, um eine Nockenwellenverstellung in bekannter Weise vorzunehmen. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise entsprechen der DE 10 2005 052 481 A1 der Anmelderin, auf die insoweit vollumfänglich Bezug genommen wird.
Hiernach weist die Nockenwellenverstellanordnung 1 über ein (nicht dargestelltes) Triebelement – zumeist eine Kette oder ein Zahnriemen – ein Antriebselement 3 auf, das ausgebildet ist, eine gezielte Verdrehung um einen definierten relativen Verdrehwinkel zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und einer Nockenwelle 2 auszuführen, um in bekannter Weise das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine zu beeinflussen. Der Strom von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in die Hydraulikkammern wird durch ein Steuerventil 4 bewerkstelligt, das von einer Stelleinheit 20 betätigt wird, indem es in axiale Richtung (entsprechend der Achsrichtung der Nockenwelle 2) gegen die Wirkung einer Feder verschoben wird.
Das Steuerventil 4 besteht aus einem Druckmittelleiteinsatz 21 (s. hierzu die Detailansicht gemäß 5), das in einem Steuerventil 22 axial verschieblich sitzt. Das Steuerventil 22 wiederum ist fest in einem Gehäuseelement 12 angeordnet, das als Adapter fungiert. Hierzu weist das Steuerventil 22 eine Zentralschraube 15 auf, die in ein Gewinde im Gehäuseelement 12 eingeschraubt ist.
Zur Arbeitsweise der Nockenwellenverstellanordnung 1 wird wiederum auf die DE 10 2005 052 481 A1 Bezug genommen.
Wesentlich ist, dass das Druckfluid zur Betätigung der Nockenwellenverstellanordnung 1 von einer – nicht dargestellten – Pumpe über den Bereich eines Nockenwellenlagers 5 zum Druckmittelleiteinsatz 21 geleitet werden muss. Das Nockenwellenlager 5 Lagert die Nockenwelle 2, so dass diese relativ zum Nockenwellenlager 5 und somit auch zum Antriebselement 3 verdrehbar ist.
Für die Leitung des Druckfluids ist ein Fluidkanal vorgesehen, der die Abschnitte 6, 7, 8 und 9 aufweist. Der Abschnitt 7 besteht aus mehreren, z. B. drei oder vier, Bohrungen die unter einem Winkel zur Achse der Nockenwelle 2 in das Gehäuseelement 12 eingebracht sind. Dann wird ein Ringraum 9 zwischen dem Gehäuseelement 12 und dem Steuerventil 22 ausgebildet, über den das Fluid weitergeführt wird. In das Steuerventil 22 sind dann Querbohrungen 9 eingebracht, über die das Druckfluid zum Druckmittelleiteinsatz 21 gelangt.
Vorliegend ist die Ausbildung des ersten Fluidkanals 6 entscheidend, der die Verbindung zwischen einer (nicht dargestellten) Druckleitung, die mit der Fluidpumpe verbunden ist, und dem Fluidkanal 7 herstellt.
Der Ringraum 6 ist so ausgebildet, dass zu seiner Ausbildung die Nockenwelle 2 nicht mechanisch bearbeitet und hierdurch geschwächt werden muss. Die Nockenwelle 2 ist vorliegend als Rohr ausgeführt, das ein axiales Ende 10 aufweist. Das Gehäuseelement 12 hat in seinem (rechten) axialen Endbereich einen zylindrischen Abschnitt 17, der an einer Stufung eine axiale Anlagefläche 18 für das Ende 10 der Nockenwelle 2 bildet. Die Nockenwelle 2 wiederum hat einen innenzylindrischen Abschnitt 16, der auf den zylindrischen Abschnitt 17 aufgeschoben ist, bis das Ende 10 der Nockenwelle 2 an der axialen Anlagefläche 18 anliegt.
Dabei sind das Gehäuseelement 12 und die Nockenwelle 2 bleibend verbunden, beispielsweise durch eine Verschweißung oder Verlötung. Weiterhin kann alternativ oder additiv vorgesehen sein, dass zwischen dem zylindrischen Abschnitt 17 des Gehäuseelements 2 und dem innenzylindrischen Abschnitt 16 der Nockenwelle 2 Presspassung vorliegt, so dass hierdurch der feste Verbund zwischen Nockenwelle 2 und Gehäuseelement 12 hergestellt wird. Möglich wäre auch eine formschlüssige Verbindung (z. B. mittels Gewinde) zwischen Gehäuseelement 12 und Nockenwelle 2.
Das Gehäuseelement 12 hat weiterhin einen flanschartigen Abschnitt 11 mit einer sich radial erstreckenden Seitenfläche, die gleichzeitig eine axiale Lagerfläche bzw. Anlauffläche 19 für das Nockenwellenlager 5 bildet. Die beiden radial verlaufenden Flächen, die durch das axiale Ende 10 der Nockenwelle 2 sowie durch die axiale Lagerfläche 19 am Gehäuseelement 12 gebildet werden, bilden die seitlichen Begrenzungsflächen des ringraumförmigen Fluidkanals 6.
Dessen radiale Begrenzungsflächen werden durch eine radial innenliegende zylindrische Begrenzungsfläche 13 gebildet, die im Außenumfang des Gehäuseelements 12 ausgebildet ist, sowie durch einen zylindrischen Teil der Wandung 14 des Nockenwellenlagers 5.
Demgemäß ist vorliegend ein Ringraum 6 als Fluidkanal ausgebildet, der im Radialschnitt eine rechteckige Form aufweist.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist zum einen, dass problemlos ein Rohr als Nockenwelle 2 eingesetzt werden kann, da der Anschluss an das Gehäuseelement 12 wie erläutert platzsparend und vorteilhaft erfolgen kann. Weiterhin muss die Nockenwelle 2 selber nicht mechanisch bearbeitet werden, um den Fluidkanal 6 zu schaffen. Im Stand der Technik war es bislang erforderlich, dass in die Nockenwelle hierzu Ausnehmungen eingearbeitet werden mussten, was nicht nur einen entsprechenden Fertigungsaufwand erfordert, sondern auch eine mechanische Schwächung der Nockenwelle 2 nach sich zieht.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenverstellanordnung
2: Nockenwelle
3: Antriebselement
4: Steuerventil
5: Nockenwellenlager
6: Fluidkanal
7: Fluidkanal
8: Fluidkanal
9: Fluidkanal
10: axiales Ende der Nockenwelle
11: flanschartiger Abschnitt
12: Gehäuseelement
13: radial innenliegende Begrenzungsfläche
14: Abschnitt der Wandung des Nockenwellenlagers
15: Zentralschraube
16: innenzylindrischer Abschnitt der Nockenwelle
17: zylindrischer Abschnitt des Gehäuseelements
18: axiale Anlagefläche
19: axiale Lagerfläche für das Nockenwellenlager
20: Stelleinheit
21: Druckmittelleiteinsatz
22: Steuerventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005052481 A1 [0002, 0021, 0024]
DE 102005041393 A1 [0002]

Claims

Nockenwellenverstellanordnung (1) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Nockenwellenverstellanordnung (1) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (3) umfasst, das gegenüber der Nockenwelle (2) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement (3) und der Nockenwelle (2) einzustellen, wobei zur Steuerung des Flusses des Druckfluids in die Hydraulikkammern ein Steuerventil (4) vorgesehen ist, wobei das Steuerventil (4) von dem Bereich eines Nockenwellenlagers (5) aus über einen Fluidkanal (6, 7, 8, 9) mit Druckfluid versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (6, 7, 8, 9) einen Ringraum (6) umfasst, der zwischen dem axialen Ende (10) der zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildeten Nockenwelle (2), einem flanschartigen Abschnitt (11) eines mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Gehäuseelements (12), in das das Steuerventil (4) eingebaut ist, einer radial innenliegenden Begrenzungsfläche (13) des Gehäuseelements (12) und einem Abschnitt (14) der Wandung des Nockenwellenlagers (5) gebildet wird.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (6) im Radialschnitt rechteckförmig ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (4) eine Zentralschraube (15) umfasst, mit der es in dem Gehäuseelement (12) koaxial zur Nockenwelle (2) festgelegt ist.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) an dem Gehäuseelement (12) befestigt ist.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Nockenwelle (2) an dem Gehäuseelement (12) durch eine Presspassung zwischen einem innenzylindrischen Abschnitt (16) der Nockenwelle (2) und einem zylindrischen Abschnitt (17) des Gehäuseelements (12) ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Nockenwelle (2) an dem Gehäuseelement (12) durch eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung als Verlötung, insbesondere als Hartverlötung, oder als Verschweißung, insbesondere als Laserstrahl- oder Elektronenstrahlverschweißung, ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (12) eine axiale Anlagefläche (18) für das axiale Ende (10) der Nockenwelle (2) aufweist.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flanschartige Abschnitt (11) des Gehäuseelements (12) eine axiale Lagerfläche (19) für das Nockenwellenlager (5) bildet.
Nockenwellenverstellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (6, 7, 8, 9) für das Druckfluid mehrere Bohrungen (7) umfasst, die das Gehäuseelement (12) durchsetzen, wobei die Bohrungen (7) vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 30° und 60° zur Achse der Nockenwelle (2) angeordnet sind.