DE102011080423A1

DE102011080423A1 - Vormontage eines Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE102011080423A1
Application number: DE102011080423A
Authority: DE
Inventors: Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-07
Also published as: WO2013017303A1; US20140190434A1

Abstract

Es wird ein Nockenwellenverstellsystem (10) für eine Brennkraftmaschine (6) angegeben, umfassend eine Nockenwelle (16) und einen axial auf die Nockenwelle (16) aufgeschobenen Nockenwellenversteller (15) mit einem Stator (34) und mit einem durch den Stator (34) angetriebenen Rotor (36), der zum Stator (34) drehbar gelagert ist. Dabei ist eine auf der Nockenwelle (16) gehaltene Hülse (26) vorgesehen, wobei der Nockenwellenversteller (15) auf der Nockenwelle (16) gegen die Hülse (26) verspannt ist. Weiter wird eine Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor und mit einem derartigen Nockenwellenverstellsystem angegeben.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Antriebsvorrichtung mit dem Nockenwellenverstellsystem.
Hintergrund der Erfindung
Die DE 10 2009 041 873 A1 offenbart ein Nockenwellenverstellsystem, in dem eine Nockenwelle über ihre Stirnseite mit einem Nockenwellenversteller drehfest verbunden ist. Der Nockenwellenversteller kann eine Übertragung von Antriebsenergie auf die Nockenwelle zeitlich beeinflussen, um beispielsweise in einem Verbrennungsmotor die Ventilsteuerzeiten zu verändern.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, das bekannte Nockenwellenverstellsystem zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht davon aus, dass in dem bekannten Nockenwellenverstellsystem der Nockenwellenversteller konzentrisch auf der Nockenwelle montiert werden muss, um Unwuchten zu vermeiden, die zu geräuschverursachenden Vibrationen und einem erhöhten Verschleiß des Nockenwellenverstellsystems führen können.
Der Erfindung liegt weiter die Überlegung zugrunde, dass in dem bekannten Nockenwellenverstellsystem eine konzentrische Montage des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle aufwändig ist. Zusätzlich müssen geringe Fertigungstoleranzen vorgegeben sein. Das Nockenwellenverstellsystem sollte erst dann zusammengesetzt werden, wenn es in die Brennkraftmaschine eingebaut wird. Dies verursacht jedoch nicht nur unerwünscht höhere Kosten beim Hersteller der Brennkraftmaschine, sondern es besteht grundsätzlich auch die Gefahr eines unsachgemäßen Zusammenbaus des Nockenwellenverstellsystems in der Brennkraftmaschine.
Die Erfindung schlägt dazu vor, den Nockenwellenversteller auf die Nockenwelle axial aufzuschieben und gegen eine Hülse auf der Nockenwelle zu verspannen. Durch die teilweise axiale Aufnahme der Nockenwelle in dem Nockenwellenversteller wird die Montage des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle vereinfacht. Im zusammengesetzten Zustand wird eine beständige konzentrische Verbindung zwischen Nockenwellenversteller und Nockenwelle bereitgestellt. Durch die Verspannung des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle ist dieser radial und drehfest auf dieser gelagert, wobei eine Übertragung eines Drehmoments vom Nockenwellenversteller auf die Nockenwelle über die Hülse erfolgt. Durch die radiale Lagerung des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle ist ein leicht montierbares Nockenwellenverstellsystem mit einer sicheren konzentrischen Anbindung des Nockenwellenverstellers an die Nockenwelle gegeben. Ein derartiges Nockenwellenverstellsystem kann somit beim Hersteller vorgefertigt und als System beim Hersteller der Brennkraftmaschine endmontiert werden. Durch die radiale Lagerung des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle bzw. durch das axiale Aufschieben sind durch die Erfindung weitere Montageerleichterungen, wie beispielsweise mittels axialer Führungshilfsmittel wie Verzahnungen oder dergleichen, eröffnet.
Die Erfindung vereinfacht auch die Kommissionierung des Nockenwellenverstellsystems, da zur Kommissionierung des Nockenwellenverstellsystems lediglich das vollständige System zusammengesetzt werden muss, ohne die Gefahr, dass bei der Kommissionierung Teile vergessen werden, die dann mit erhöhtem wirtschaftlichen Aufwand nachgeliefert werden müssten.
Die Hülse kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. So kann die Hülse ringförmig sein oder nur einen Teilring ausbilden. Auch können Stufen oder dergleichen in der Hülse vorgesehen werden. Die Hülse stellt auf der Nockenwelle für den Nockenwellenversteller eine ring- oder teilringförmige Anschlagsfläche bereit, über die der Nockenwellenversteller mit der Hülse verbunden und damit auf der Nockenwelle axial und drehfest gelagert werden kann. Über die Wandstärke der Hülse kann die Größe der Anschlagsfläche beliebig vorgegeben werden. Damit kann die drehfeste Lagerung des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle über die Wandstärke der Hülse sichergestellt werden, so dass die zu erwartenden Drehmomente sicher übertragen werden. Eine separate Hülse bietet den weiteren Vorteil, dass ein zur drehfesten Anbindung des Nockenwellenverstellers über einen Reibschluss optimiertes Material losgelöst vom Material der Nockenwelle gewählt werden kann.
Die Erfindung gibt daher ein Nockenwellenverstellsystem für eine Brennkraftmaschine an, das eine Nockenwelle; und einen axial auf die Nockenwelle aufgesetzten Nockenwellenversteller mit einem Stator und mit einem durch den Stator angetriebenen Rotor umfasst, der zum Stator drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß weist das Nockenwellenverstellsystem eine auf der Nockenwelle gehaltene Hülse auf, wobei der Nockenwellenversteller auf der Nockenwelle gegen die Hülse verspannt ist.
Die separate Hülse kann von der Nockenwelle grundsätzlich auf jede beliebige Art und Weise gehalten werden. Ein Formschluss, wie beispielsweise eine Schraubverbindung oder eine Kulissensteinverbindung, ist genauso möglich, wie ein Reibschluss, bei dem zwischen die Nockenwelle und die Hülse insbesondere ein reibungssteigerndes Mittel eingebracht ist.
In einer besonderen Weiterbildung wird die Hülse über eine Presspassung auf der Nockenwelle gehalten. Die Presspassung ist besonders günstig, da sie umfänglich auf die Nockenwelle wirkt und somit die mechanischen Belastungen bei der Drehmomentübertragung vom Nockenwellenversteller auf die Nockenwelle gleichmäßig über dem Umfang der Nockenwelle verteilt. Auch die Montage der Hülse gestaltet sich relativ einfach.
In einer Weiterbildung ist der Rotor auf der Nockenwelle gegen die Hülse verspannt. Auf diese Weise kann der Stator die Antriebsenergie für die Nockenwelle aufnehmen und über den Rotor auf die Nockenwelle phasenverstellt übertragen.
In einer anderen Weiterbildung weist die Nockenwelle einen Axialanschlag für die Hülse auf, an dem die Hülse zum Verspannen des Nockenwellenverstellers gegengelagert werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Spannwirkung der Hülse nicht nur erhöhen, der Axialanschlag dient zugleich als Positionierelement, das die Lage der Hülse auf der Nockenwelle vorgibt.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Nockenwellenverstellsystem eine Mutter zum Verspannen des Nockenwellenverstellers, insbesondere des Rotors, gegen die Hülse. Durch das Drehmoment beim Einschrauben der Mutter können die Spannkräfte eingestellt werden, um einerseits das Nockenwellenverstellsystem vor einer zu hohen Spannbelastung zu schützen, andererseits aber eine ausreichend hohe Verspannung zu garantieren, so dass der Nockenwellenversteller drehfest und radial auf der Nockenwelle gelagert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Nockenwellenversteller, insbesondere der Rotor, mit der Hülse reibschlüssig verbunden. Eine Reibpaarung zwischen der Hülse und dem Nockenwellenversteller, insbesondere der Hülse, ermöglicht eine einfache Montage, da die Reibpartner flach aufeinandergepresst werden. Durch geeignete Materialpaarungen kann die Normalkraft gegebenenfalls reduziert werden, so dass geringere Verspannungskräfte benötigt werden. Bevorzugt ist insbesondere zwischen Nockenwellenversteller bzw. Rotor und Hülse eine Diamantlochscheibe eingelegt, die bei verringerter Normalkraft dennoch einen ausreichenden Reibschluss herstellt. Dadurch können die über die Hülse übertragbaren Drehmomente vom Nockenwellenversteller auf die Nockenwelle gesteigert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine drehfeste Anbindung auch mittels Formschluss oder Stoffschluss erreicht sein.
In einer anderen Ausbildung der Erfindung umfasst das Nockenwellenverstellsystem eine äußere rohrförmige Nockenwelle, in der die Nockenwelle konzentrisch aufgenommen ist, wobei die äußere Nockenwelle mit dem Stator des Nockenwellenverstellers verbunden ist. Durch die äußere Nockenwelle kann ein Doppelnockenwellenverstellsystem mit nur einem einzigen Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, das in der Lage ist, die Einlassventile und die Auslassventile eines Verbrennungsmotors unabhängig voneinander anzusteuern.
In einer besonderen Ausbildung sind die äußere Nockenwelle und der Stator des Nockenwellenverstellers formschlüssig verbunden, insbesondere verzahnt. Durch einen tangentialen Formschluss, wie er beispielsweise durch eine Verzahnung gegeben ist, kann der Stator die äußere Nockenwelle relativ zur inneren Nockenwelle verdrehen, sich aber axial auf der äußeren Nockenwelle bewegen. Diese axiale Bewegungsmöglichkeit eröffnet eine weitere Erleichterung der Montage, da der Nockenwellenversteller über den Stator axial auf die äußere Nockenwelle aufgeschoben werden kann, wobei insbesondere die Verzahnung als Führungshilfe dient. Die Verzahnung oder der tangentiale Formschluss wirken zugleich als drehfestes Radiallager.
In einer besonders bevorzugten Ausbildung ist der Stator zusätzlich auf der Hülse radial gelagert. Auch hierdurch wird eine vereinfachte Montage ermöglicht. Der Nockenwellenversteller wird gegenüber der Nockenwelle zusätzlich positioniert.
Die Erfindung gibt auch eine Antriebsvorrichtung an, die einen Verbrennungsmotor mit einer Abtriebswelle, und ein vorbeschriebenes Nockenwellenverstellsystem zum Ansteuern eines Ventils des Verbrennungsmotors basierend auf einer Rotation der Abtriebswelle umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der einzigen Figur ist ein Antriebssystem 2 gezeigt, in dem Ventile 4 eines schematisch angedeuteten Verbrennungsmotors 6 durch eine Doppelnockenwelle 8 eines Nockenwellenverstellsystems 10 angesteuert werden. Der Verbrennungsmotor 6 treibt eine Abtriebswelle 12 an, die über einen Endlostrieb 14 einen Nockenwellenversteller 15 in einer noch zu beschreibenden Weise antreibt. In der Figur ist der Endlostrieb 14 geöffnet dargestellt.
Die Doppelnockenwelle 8 weist eine innere Nockenwelle 16 auf, die konzentrisch in einer äußeren Nockenwelle 18 aufgenommen ist. An jeder der Nockenwellen 16, 18 befindet sich ein entsprechender Nocken 20, 22, die in der Figur der Übersichtlichkeit halber in einer synchronen Lage dargestellt sind. Im Anwendungsfall ist der Nocken 20 der inneren Nockenwelle 16 winkelversetzt zum Nocken 22 der äußeren Nockenwelle 18.
Die innere Nockenwelle 16 ist in der äußeren Nockenwelle 18 konzentrische und drehbar geführt. Über eine Axialdichtung 24 ist sie in der äußeren Nockenwelle 18 axial gesichert. Die Axialdichtung 24 kann beispielsweise durch eine sich um die innere Nockenwelle 16 ersteckende und nicht näher referenzierte Nut gebildet sein, in die ein von der Innenseite der äußeren Nockenwelle 18 abragender und nicht näher referenzierter Vorsprung eintaucht.
Der Nockenwellenversteller 15 ist konzentrisch auf die innere Nockenwelle 16 und die äußere Nockenwelle 18 aufgeschoben und gegen die innere Nockenwelle 16 zwischen einer Hülse 26 und einer Mutter 28 verspannt. Dabei ist die Hülse 26 an einem Axialanschlag 30 auf der inneren Nockenwelle 16 axial gegengelagert. Die Mutter 28 ist auf einen axialen Endbereich 32 der Nockenwelle 16 aufgeschraubt. In der vorliegenden Ausführung wird durch das Aufschrauben der Mutter 28 auf den axialen Endbereich 32 und durch die axiale Gegenlagerung der Hülse 26 gegen den Axialanschlag 30 die notwendige Spannkraft zum Halten des Nockenwellenverstellers 15 erzeugt.
Der Nockenwellenversteller 15 weist einen Stator 34 und einen Rotor 36 auf, die in einer dem Fachmann bekannten Weise zueinander in der Phasenlage verstellbar sind. Während der Stator 34 mit der äußeren Nockenwelle 18 drehfest verbunden ist, ist der Rotor 36 drehfest mit der inneren Nockenwelle 16 verbunden.
Die drehfeste Verbindung zwischen dem Stator 34 und der äußeren Nockenwelle 18 erfolgt über eine Verzahnung 38. Zusätzlich ist der Stator 34 radial auf der Hülse 26 gelagert. Beides ermöglicht eine einfache und wenig fehlerbehaftete Montage des Nockenwellenverstellers 15 auf der Nockenwelle 16, 18.
Die drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor 36 und der inneren Nockenwelle 16 erfolgt über die Verspannung durch die Mutter 38 und die Hülse 26, wobei die Hülse 26 über eine Presspassung oder einen Formschluss drehfest mit der inneren Nockenwelle 6 verbunden ist. Durch einen Diamantring 40 zwischen dem Rotor 36 und der Hülse 26 wird der Reibschluss und somit die drehfeste Verbindung weiter verbessert.
Der Stator 34 weist eine Nabe 42 auf, die über die Verzahnung 38 mit der äußeren Nockenwelle 18 verbunden ist. Einstückig mit der Nabe 42 ist ein Antriebsrad ausgebildet, um das der Endlostrieb 14 gelegt ist, so dass über die Abtriebswelle 12 der Stator 34 die äußere Nockenwelle 18 und der Rotor 36 über den Stator 34 die innere Nockenwelle 16 antreiben kann. An die der äußeren Nockenwelle 18 gegenüberliegende Seite der Nabe 42 schließt sich ein Statorgehäuse 44 an, in dem der Rotor 36 aufgenommen ist. Das Statorgehäuse 44 ist über einen Deckel 46 verschlossen, der über in die Nabe 42 eingeschraubte Stifte 48 am Gehäuse 44 fixiert ist.
Bezugszeichenliste

2: Antriebsvorrichtung
4: Ventile
6: Verbrennungsmotor
8: Doppelnockenwelle
10: Nockenwellenverstellsystem
12: Abtriebswelle
14: Endlostrieb
15: Nockenwellenversteller
16: innere Nockenwelle
18: äußere Nockenwelle
20: Nocken
22: Nocken
24: Axialdichtung
26: Hülse
28: Mutter
30: Axialanschlag
32: axialer Endbereich
34: Stator
36: Rotor
38: Verzahnung
40: Diamantscheibe
42: Nabe
44: Statorgehäuse
46: Deckel
48: Stifte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009041873 A1 [0002]

Claims

Nockenwellenverstellsystem (10) für eine Brennkraftmaschine (6), umfassend: – eine Nockenwelle (16); und – einen axial auf die Nockenwelle (16) aufgeschobenen Nockenwellenversteller (15) mit einem Stator (34) und mit einem durch den Stator (34) angetriebenen Rotor (36), der zum Stator (34) drehbar gelagert ist, gekennzeichnet durch – eine auf der Nockenwelle (16) gehaltene Hülse (26), wobei der Nockenwellenversteller (15) auf der Nockenwelle (16) gegen die Hülse (26) verspannt ist.
Nockenwellenverstellsystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Rotor (36) auf der Nockenwelle (16) gegen die Hülse (26) verspannt ist.
Nockenwellenverstellsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hülse (26) über eine Presspassung auf der Nockenwelle (16) gehalten ist.
Nockenwellenverstellsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nockenwelle (16) einen Axialanschlag (30) für die Hülse (26) aufweist.
Nockenwellenverstellsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Mutter (28) zum Verspannen des Nockenwellenverstellers (15), insbesondere des Rotors (36), gegen die Hülse (26).
Nockenwellenverstellsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stator (34) auf der Hülse (26) radial gelagert ist.
Nockenwellenverstellsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Nockenwellenversteller (15), insbesondere der Rotor (36), mit der Hülse (26) reibschlüssig (40) verbunden ist.
Nockenwellenverstellsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine äußere rohrförmige Nockenwelle (18), in der die Nockenwelle (16) konzentrisch aufgenommen ist, wobei die äußere Nockenwelle (18) mit dem Stator (34) des Nockenwellenverstellers (15) verbunden ist.
Nockenwellenverstellsystem nach Anspruch 8, wobei die äußere Nockenwelle (18) und der Stator (34) des Nockenwellenverstellers (15) formschlüssig (38) verbunden, insbesondere verzahnt, sind.
Antriebsvorrichtung (2) umfassend: – einen Verbrennungsmotor (6) mit einer Abtriebswelle (12), und – ein Nockenwellenverstellsystem (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zum Ansteuern eines Ventils (4) des Verbrennungsmotors (6) basierend auf einer Rotation der Abtriebswelle (12).