DE102010011836A1

DE102010011836A1 - Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010011836A1
Application number: DE201010011836
Authority: DE
Inventors: Joachim Dietz; Rüdiger Herzog
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung 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 das Antriebselement (3) eine Lagersitzfläche (4) aufweist, mit der es auf einer Gegenlagerfläche (5) der Nockenwelle (2) aufsitzt. Um das Antriebsrad des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle verbessert zu lagern und die Lagerstelle zwischen Antriebsrad und Nockenwelle ausreichend zu schmieren, sieht die Erfindung vor, dass Mittel (6, 7, 8) vorgesehen sind, um einen Schmierstoff von einer Schmierstoffquelle (9) in den Kontaktbereich der Lagersitzfläche (4) mit der Gegenlagerfläche (5) zu leiten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung 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, und wobei das Antriebselement eine Lagersitzfläche aufweist, mit der es auf einer Gegenlagerfläche der Nockenwelle aufsitzt.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenverstellvorrichtungen, insbesondere solche, die hydraulisch arbeiten, sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Im hydraulischen 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 (mit der Nockenwelle verbunden) relativ zum Außenrotor zwischen einem „Frühanschlag” und einem „Spätanschlag” erfolgen. Dabei wird der Fluss von Hydrauliköl durch ein elektrisch angesteuertes Wegeventil gesteuert. Die Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle auf den Außenrotor erfolgt zumeist über ein Zahnrad, mit dem der Außenrotor drehfest verbunden ist.
Eine Nockenwellenverstellvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2005 052 481 A1 bekannt. Auch hier erfolgt die Verstellung der relativen Drehposition zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle auf hydraulischem Wege. Das Antriebselement (Antriebsrad) des Nockenwellenverstellers, das über eine Verzahnung (zum Antrieb mittels einer Kette) angetrieben ist, hat eine Lagersitzfläche. Diese ist auf einer Gegenlagerfläche der Nockenwelle angeordnet. Damit ist es möglich, dass zwischen Antriebselement und Nockenwelle die genannte relative Verdrehung stattfinden kann. Das Antriebselement ist also nach Art eines Gleitlagers auf der Nockenwelle drehbar gelagert.
Nachteilig ist bei dieser vorbekannten Lösung, dass die Lagerstelle während des üblichen Betriebs nicht immer in optimalem Zustand gehalten wird. Es können Verunreinigungen in die Lagerstelle gelangen, so dass die Leichtgängigkeit der Lagerung nicht mehr gegeben ist. Die genannten Probleme ergeben sich insbesondere dann, wenn der Schmierungszustand der Lagerstelle nicht ausreichend ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass das Antriebsrad des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle verbessert gelagert ist. Die Lagerstelle zwischen Antriebsrad und Nockenwelle soll dabei ausreichend geschmiert werden. Damit soll es auch möglich werden, gegebenenfalls in der Lagerstelle vorhandene Verunreinigungen aus der Lagerstelle wieder auszuspülen. Die Konzeption der Vorrichtung soll dabei so gestaltet sein, dass eine kostengünstige Fertigung möglich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um einen Schmierstoff von einer Schmierstoffquelle in den Kontaktbereich der Lagersitzfläche mit der Gegenlagerfläche zu leiten.
Die Mittel können mindestens eine Bohrung aufweisen, die einen hohlzylindrischen Abschnitt der Nockenwelle vorzugsweise radial durchsetzt. Dabei sind bevorzugt mehrere Bohrungen vorhanden, die äquidistant über den Umfang der Nockenwelle verteilt angeordnet sind. Die Mittel können weiterhin mindestens einen Ringspalt aufweisen, der zwischen dem Außenumfang einer in die Nockenwelle eingeschraubten Zentralschraube und einer Innenumfangsfläche eines hohlzylindrischen Abschnitts der Nockenwelle ausgebildet ist. Die Zentralschraube kann dabei im Bereich des Ringspalts eine konische Außenumfangsfläche aufweisen. Die Mittel können schließlich mindestens eine Bohrung aufweisen, die einen hohlzylindrischen Abschnitt der Nockenwelle vorzugsweise radial durchsetzt und die an den Bereich eines Nockenwellenlagers angrenzt.
Die Lagersitzfläche des Antriebselements kann eine zylindrische Form aufweisen, wobei in die Lagersitzfläche eine Anzahl sich in Achsrichtung erstreckender Nuten eingearbeitet ist. Dabei sind bevorzugt zwischen drei und zwölf Nuten äquidistant über den Umfang verteilt in die Lagersitzfläche eingearbeitet.
Die Lagersitzfläche des Antriebselements kann auch eine zylindrische Form aufweisen, wobei in die Lagersitzfläche mindestens eine in Umfangsrichtung umlaufende Ringnut eingearbeitet ist.
Das Antriebselement kann an seinem Außenumfang eine Verzahnung aufweisen sowie in einem axialen Endbereich einen flanschartig ausgebildeten Dichtdeckel.
Der erfindungsgemäße Vorschlag stellt also insbesondere auf die konkrete Gestaltung des Antriebsrades, der Nockenwelle und der Zentralschraube des hydraulischen Nockenwellenverstellers in der Weise ab, dass die Schmierung der Lagerstelle des Antriebsrades auf der Nockenwelle in besonders vorteilhafter Weise realisiert werden kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht eines Nockenwellenverstellers, der mit einer Zentralschraube mit einer Nockenwelle verbunden ist,
2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus 1,
3 in der Darstellung gemäß 2 den Fluss von Schmieröl zur Lagerstelle, die zwischen dem Antriebsrad des Nockenwellenverstellers und der Nockenwelle ausgebildet ist,
4 das Antriebsrad des Nockenwellenversteller in der geschnittenen Seitenansicht gemäß einer ersten Ausführungsform,
5 in der Darstellung gemäß 4 das Antriebsrad gemäß einer zweiten Ausführungsform,
6a in der Darstellung gemäß 4 das Antriebsrad gemäß einer dritten Ausführungsform,
6b die zu 6a zugehörige perspektivische Darstellung des Antriebsrads,
7a in der Darstellung gemäß 4 das Antriebsrad gemäß einer vierten Ausführungsform und
7b die zu 7a zugehörige perspektivische Darstellung des Antriebsrads.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle 2 gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine dargestellt, also ein Nockenwellenversteller. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebselement 3 auf, das an seinem Außenumfang eine Verzahnung 16 hat, über die ein drehfester Verbund mit der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine herstellt wird. Das Antriebselement 3 hat einen flanschartigen Dichtdeckel 17, mit dem es mit den weiteren Bauelementen des Nockenwellenverstellers 1 verbunden ist. Der Nockenwellenverstellter hat insoweit den typischen Aufbau, so dass bezüglich Details beispielsweise auf die oben erwähnte DE 10 2005 052 481 A1 der Anmelderin verwiesen werden kann.
Der Nockenwellenversteller 1 ist in einem Motorbauteil 19 gelagert, d. h. im Motorbauteil 19 ist die Nockenwelle 2 gelagert und auf dieser wiederum das Antriebselement 3 des Nockenwellenverstellers 1. Für die Nockenwelle 2 ist im Motorbauteil 19 an der mit der Bezugsziffer 13 bezeichneten Stelle ein Nockenwellenlager ausgebildet, das die rotatorische Lagerung der Nockenwelle 2 im Motorbauteil 19 erlaubt. Diese Stelle ist hinreichend mit Schmieröl versorgt, so dass eine ringnutförmige Ausnehmung im Bereich des Nockenwellenlagers 13 vorliegend als Schmierstoffquelle 9 bezeichnet ist.
Der Nockenwellenversteller 1 ist mit einer Zentralschraube 11 fest an der Nockenwelle 2 angeschraubt, d. h. mit dieser verbunden. Auch die Bauart unter Einsatz der Zentralschraube ist in der genannten DE 10 2005 052 481 A1 eingehend beschrieben, weshalb auf dieses Dokument insoweit Bezug genommen werden kann.
Wie aus der vergrößerten Darstellung gemäß 2 gesehen werden kann, hat das Antriebselement 3 eine zylindrische Lagersitzfläche 4. Die Nockenwelle 2 hat eine korrespondierende zylindrische Gegenlagerfläche 5. Wesentlich für eine einwandfreie Funktion der Nockenwellenverstellvorrichtung ist, dass die sich ausbildende Gleitlagerstelle zwischen der Lagersitzfläche 4 des Antriebselements 3 und der Gegenlagerfläche 5 der Nockenwelle 2 hinreichend mit Schmierstoff versorgt wird.
Hierfür sind Mittel 6, 7, 8 vorgesehen, die dies sicherstellen: Die Mittel umfassen zunächst Bohrungen 6, die im Ausführungsbeispiel die Nockenwelle 2 in einem hohlzylindrischen Abschnitt derselben radial durchsetzen. Weiterhin umfassen die Mittel einen Ringspalt 7, der zwischen einer konisch ausgebildeten Außenumfangsfläche 10 der Zentralschraube 11 und einer zylindrischen Innenumfangsfläche 12 des hohlzylindrischen Abschnitts der Nockenwelle 2 ausgebildet wird. Dann umfassen die Mittel auch noch Bohrungen 8, die im Bereich des Nockenwellenlagers 13 radial den hohlzylindrischen Abschnitt der Nockenwelle durchsetzen.
Da im Bereich des Nockenwellenlagers 13 die erwähnte Schmierstoffquelle 9 liegt, kann folglich über die Bohrungen 8, den Ringspalt 7 und die Bohrungen 6 Schmierstoff in den Kontaktbereich zwischen Lagersitzfläche 4 und Gegenlagerfläche 5 gelangen. Zum Fluss des Schmieröls wird auf 3 verwiesen, wo der Fließweg 18 durch Strömungspfeile angegeben ist.
Die Ausbildung der Gleitlagerstelle zwischen der Lagersitzfläche 4 und der Gegenlagerfläche 5 kann dabei in besonderer Weise ausgeführt werden, um die Gleitlagerfunktion optimal zu gestalten und es auch zu ermöglichen bzw. zu begünstigen, dass gegebenenfalls in die Lagerstelle gelangte Verunreinigungen wieder ausgespült werden können.
Hierfür ist in den 4 und 5 eine erste Möglichkeit dargestellt. Das Antriebselement 3 weist in beiden Fällen eine sich in der Lagersitzfläche 4 befindliche umlaufende Ringnut 15 (Freistellung) auf, in der ein entsprechend größeres Ölvolumen aufgenommen werden kann.
In den 6 und 7 sind weitere alternative Ausgestaltungen dargestellt.
Gemäß 6a und 6b weist das Antriebselement 3 in der Lagersitzfläche eine Anzahl von Nuten 14 auf, die sich in Achsrichtung a erstrecken.
In 7a und 7b ist indes vorgesehen, dass die Lösungen gemäß 4 und 6 kombiniert werden. Hier sind also eine umlaufende Ringnut 15 und sich in Achsrichtung a erstreckende Nuten 14 vorgesehen.
Das Antriebselement (Antriebsrad) 3 ist also in allen Fällen an seinem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser der Nockenwelle 2 gelagert. Die Lagerstelle 4, 5 zwischen Antriebsrad 3 und Nockenwelle 2 wird gezielt mit Öl versorgt und geschmiert. Hierfür kann beispielsweise auch ein Teil des für den Nockenwellenversteller bereitgestellten Ölvolumenstroms abgeteilt werden.
Sehr vorteilhaft ist es, dass durch die Einschraubtiefe der Zentralschraube 11 sowie durch die Gestaltung der Außenkontur der Zentralschraube 11 und der Innenkontur der Nockenwelle 2 in ihrem hohlzylindrischen Abschnitt der sich ergebende Ringspalt eingestellt werden kann und damit gezielt der Ölvolumenstrom definiert werden kann, der zur Lagerstelle 4, 5 gelangt. Die Bohrungen 6, 8 in der Nockenwelle 2 leiten den Ölvolumenstrom zur Lagerstelle 4, 5 weiter. Die Bereitstellung eines definierten Ölvolumenstroms zur Schmierung der Lagerstelle kann also durch die genannten Parameter Einschraubtiefe und Gestaltung von Zentralschraube und Nockenwelle ermöglich werden.
Möglich ist auch die Schmierung der Lagerstelle 4, 5 durch Leckageöl aus dem Nockenwellenversteller.
Durch den Ölvolumenstrom für die Lagerschmierung können Verunreinigungen in der Lagerung des Antriebsrads 3 auf der Nockenwelle 2 ausgespült werden. Das Ausspülen von Verunreinigungen kann durch die erwähnten Nuten (Freistellungen) insbesondere am Antriebsrad-Innendurchmesser erleichtert werden, da der Bereich mit engem Lagerspiel, durch die die Verunreinigungen gespült werden müssen, verkürzt wird. Diese Freistellungen (Nuten) erleichtern ebenfalls die Fertigung des Antriebsrades 3, da der Bereich des Antriebsrad-Innendurchmessers mit engem Lagerspiel verkürzt werden kann, der für eine optimale Lagerung sehr genau gefertigt sein muss. Somit lässt sich der Aufwand für die mechanische Bearbeitung des Antriebsrades vermindern, was entsprechend Kosten spart.
Die Freistellungen bzw. Nuten auf dem Innendurchmesser des Antriebsrades können auch dazu dienen, Öl, das vom Nockenwellenversteller kommt, zu einem Tank abzuführen.
Die Freistellungen bzw. Nuten können durch Sintern, Gießen, Drehen, Fräsen, Stoßen oder durch Umformen hergestellt werden. Die genaue Ausbildung der Nuten ist dabei weitgehend beliebig und wird den konkreten Anforderungen angepasst.
Das Antriebsrad 3 und der Dichtdeckel 17 müssen nicht zwangsläufig einstückig ausgeführt sein. Das Bauteil kann auch aus mehreren Teilkomponenten aufgebaut sein.
Mit der vorgeschlagenen Lösung wird es begünstigt, das Antriebsrad 3 des Nockenwellenverstellers 1 auf der Nockenwelle 2 zu lagern. Durch die Bohrungen 6, 8 und den Ringspalt 7 wird es möglich, die Lagerstelle 4, 5 mit Öl zu versorgen. Der Ölvolumenstrom ist durch die Zentraschraube 11 einstellbar. Die Nuten bzw. Freistellungen am Innendurchmesser des Antriebsrads begünstigen die Schmierung der Lagerstelle und das Ausspülen von Verunreinigungen und erlauben eine kostengünstige Fertigung.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung (Nockenwellenversteller)
2: Nockenwelle
3: Antriebselement
4: Lagersitzfläche
5: Gegenlagerfläche
6, 7, 8: Mittel zur Schmierstoffversorgung
6: Bohrung
7: Ringspalt
8: Bohrung
9: Schmierstoffquelle
10: Außenumfangsfläche
11: Zentralschraube
12: Innenumfangsfläche
13: Nockenwellenlagers
14: Nut
15: Ringnut
16: Verzahnung
17: Dichtdeckel
18: Fließweg
19: Motorbauteil
a: Achsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005052481 A1 [0003, 0022, 0024]

Claims

Vorrichtung (1) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (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, und wobei das Antriebselement (3) eine Lagersitzfläche (4) aufweist, mit der es auf einer Gegenlagerfläche (5) der Nockenwelle (2) aufsitzt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6, 7, 8) vorgesehen sind, um einen Schmierstoff von einer Schmierstoffquelle (9) in den Kontaktbereich der Lagersitzfläche (4) mit der Gegenlagerfläche (5) zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 7, 8) mindestens eine Bohrung (6) aufweisen, die einen hohlzylindrischen Abschnitt der Nockenwelle (2) vorzugsweise radial durchsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bohrungen (6) vorhanden sind, die äquidistant über den Umfang der Nockenwelle (2) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 7, 8) mindestens einen Ringspalt (7) aufweisen, der zwischen dem Außenumfang (10) einer in die Nockenwelle (2) eingeschraubten Zentralschraube (11) und einer Innenumfangsfläche (12) eines hohlzylindrischen Abschnitts der Nockenwelle (2) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralschraube (11) im Bereich des Ringspalts (7) eine konische Außenumfangsfläche (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 7, 8) mindestens eine Bohrung (8) aufweisen, die einen hohlzylindrischen Abschnitt der Nockenwelle (2) vorzugsweise radial durchsetzt und die an den Bereich eines Nockenwellenlagers (13) angrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersitzfläche (4) des Antriebselements (3) eine zylindrische Form aufweist, wobei in die Lagersitzfläche (4) eine Anzahl sich in Achsrichtung (a) erstreckender Nuten (14) eingearbeitet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen drei und zwölf Nuten (14) äquidistant über den Umfang verteilt in die Lagersitzfläche (4) eingearbeitet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagersitzfläche (4) des Antriebselements (3) eine zylindrische Form aufweist, wobei in die Lagersitzfläche (4) mindestens eine in Umfangsrichtung umlaufende Ringnut (15) eingearbeitet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (3) an seinem Außenumfang eine Verzahnung (16) aufweist sowie in einem axialen Endbereich einen flanschartig ausgebildeten Dichtdeckel (17).