DE102011081971A1 - Nockenwellenversteller - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
- Hintergrund der Erfindung
- Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
- Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Öldruck beaufschlagbar sind. Antriebselement und Abtriebselement sind hierbei koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen Antriebselement und Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
- Eine verbreitete Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Flügelzellenversteller weisen einen Stator, einen Rotor und ein Antriebselement auf. Der Rotor ist meist mit der Nockenwelle drehfest verbunden und bildet das Abtriebselement. Der Stator und das Antriebselement werden ebenfalls untereinander drehfest verbunden und sind ggf. auch einteilig ausgebildet. Dabei befindet sich der Rotor koaxial zum Stator und innerhalb des Stators. Rotor und Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor ermöglichen. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Stator, Antriebselement und Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen gesichert.
- Eine andere bekannte Bauart von hydraulischen Nockenwellenverstellern ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativverdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
- Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise einem Elektromotor oder einer Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Hierbei kann gleichfalls eine Feder derart angeordnet werden, dass das Antriebselement und das Abtriebselement bei deren relativen Verdrehung unterstützt oder zurückführt.
- Die
DE 10 2006 002 993 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller, bei dem das Federelement auf der nockenwellenzugewandten Seite des Nockenwellenverstellers angeordnet ist. Das Federelement wird von einem Federdeckel abgedeckt. Die Abdeckung sichert das Federelement in axialer Richtung und schützt gegen äußere Einwirkungen. - Die
DE 10 2008 051 755 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller mit einem Federelement, wobei ein Ende des Federelements auf einem Stift gelagert ist, welcher mit einer Scheibe verschraubt ist. Ein topfförmiger Federdeckel kapselt mit dieser Scheibe das Federelement ein und schützt gegen äußere Einwirkungen. - Zusammenfassung der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine reibungsarme und zuverlässige Federsicherung aufweist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Reduzierung des axialen Spiels der Feder erfolgt durch ein Distanzelement des Federdeckels im Bereich des Federendes der Feder. Zugleich verbleibt genug axialer Raum für die Windungen der Feder, welche im Betrieb des Nockenwellenverstellers und aufgrund von Fertigungstoleranzen eine Abweichung von ihrer idealen Erstreckung in radialer Richtung aufweisen. Somit wird eine Kollision der Windungen der Feder mit einem peripherem Bauteil vermieden, wodurch sich die Lebensdauer der Feder erhöht und die Reibung im Betrieb vermindert wird. Weiterhin entsteht durch die Erfindung der Vorteil, dass Fertigungstoleranzen bezüglich der radialen Erstreckungsrichtung der Windungen gröber und somit wirtschaftlicher ausfallen können. Dieser Vorteil der Grobtolerierung kann auch bei den peripheren Bauteilen erzielt werden, z.B. bei dem Federdeckel.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Distanzelement als lokale Erhebung einteilig mit dem Federdeckel ausgebildet. Eine solche Erhebung lässt sich durch Prägen, Tiefziehen oder Fräsen herstellen. Eine lokale Ausbildung ist vorteilhaft, damit gezielt die Bereiche der Feder in axialer Richtung von dem Federdeckel gesichert werden, welche im Betrieb einer minimalen Relativbewegung zwischen der Feder und einem peripheren Bauteil unterliegen. Dadurch wird Reibung und Verschleiß minimiert und die Lebensdauer der Feder erhöht.
- In einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung ist das Distanzelement vom Federdeckel separat ausgebildet. Die Bauteiltrennung zwischen Federdeckel und dem Distanzelement als Einlegeteil ermöglicht vorteilhafterweise den gezielten Einsatz von Werkstoffen für bestimmte Funktionen. Beispielsweise kann der Federdeckel aus einem Werkstoff sein, der gezielt Umwelteinflüsse standhält und das Distanzelement aus einem verschleißfesten und/oder höherwertigem Werkstoff.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Federdeckel mit dem Distanzelement stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Bevorzugterweise ist eine stoffschlüssige Verbindung vorzusehen, alternativ auch in Kombination mit einem Form- oder Kraftschluss, wobei das Distanzelement in den Federdeckel eingelassen, verklebt, verschweißt oder verlötet ist. Form- und kraftschlüssige Verbindungen positionieren gleichermaßen das Distanzstück zuverlässig mit dem Federdeckel an der dafür vorgesehenen Funktionsstelle der axialen Anlage des Federendes mit dem Distanzelement.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Federdeckel aus Blech oder Kunststoff ausgebildet. Einen Federdeckel aus Blech in dünnwandiger Topfform auszubilden ist aufgrund des geringen Gewichtes und der dennoch hohen Steifigkeit vorteilhaft. Eine Ausbildung des Federdeckels aus Kunststoff ist bevorzugt einzusetzen, wenn die Wirtschaftlichkeit gegenüber Blech gegeben ist und keine hohen Temperaturunterschiede im Betrieb an der Stelle des Federdeckels zu erwarten sind bzw. die Temperaturwechselbeständigkeit des Kunststoffes ausreichend gegeben ist.
- In einer bevorzugten Ausbildung weist das Distanzelement eine Beschichtung auf. Eine Beschichtung verringert den Verschleiß und das Gewicht bei der Ausbildung des Distanzelementes als Grundträger mit einem wirtschaftlichen Werkstoff, z.B. Kunststoff.
- In einer Ausbildung der Erfindung sind mehrere, in Umfangsrichtung verteilte Distanzelemente vorgesehen. Eine Verteilung mehrerer Distanzelemente ist vorteilhaft, wenn die Belastung eines einzelnen Distanzelementes zu hoch ist und es dadurch zum Ausfall kommen würde. Die Verteilung in Umfangsrichtung ist bevorzugt außerhalb der federnden Windungen anzuordnen. In Umfangsrichtung verteilte Distanzelemente können auf verschiedenen Teilkreisen und/oder in verschiedenen Winkelpositionen angeordnet sein.
- In einer vorteilhaften Ausbildung ist das Distanzelement im Bereich der Lagerung des Federendes angeordnet. Eine Fixierung der Federenden in axialer Richtung auf der Lagerung vermeidet Zwang in axialer Richtung im Bereich der federnden Windungen.
- In einer besonders vorteilhaften Ausbildung umragt das Distanzelement die Lagerung. Diese Umragung kann teilweise oder vollständig erfolgen. Die Lagerung ist meist durch einen Stift oder ein anderes zylindrisches Element gegeben. Somit kann die Umragung auch sternförmig, mit der Lagerung als Zentrum ausgebildet sein. Die Umragung besitzt allerdings eine Freistellung in Form des Querschnittes der Lagerung, damit länger ausgebildete Lagerzapfen teilweise in den Federdeckel hineinragen können. Ein Durchragen des Federdeckels durch den Lagerzapfen ist denkbar.
- Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Distanzelementes wird die Reibung zwischen der Feder und dem Federdeckel, oder anderen peripheren Bauteilen, vermieden. Dadurch wird der Verschleiß vermindert und die Lebensdauer erhöht. Zudem haben die im Betrieb federnden Windungen der Feder genügend axialen Raum, um eine Kontaktierung mit peripheren Bauteilen zu vermeiden. Die Auflagefläche der Federenden der Feder auf der Lagerung bleibt zugleich erhalten, bzw. kann vorteilhafterweise durch die Erfindung erhöht werden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
- Es zeigen:
-
1 einen Ausschnitt eines Nockenwellenverstellers, -
2 eine erste Ausführungsform eines Distanzelementes, -
3 eine zweite Ausführungsform eines Distanzelementes, -
4 eine dritte Ausführungsform eines Distanzelementes und -
5 einen Ausschnitt eines Federdeckels mit einem Distanzelement. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen Ausschnitt eines Nockenwellenverstellers1 . Der Nockenwellenversteller1 weist ein Antriebselement2 , ein Abtriebselement3 , eine Feder4 und einen Federdeckel5 auf. Das Antriebselement2 und das Abtriebselement3 sind relativ zueinander verdrehbar angeordnet. Die Relativverdrehung in Umfangsrichtung10 des Nockenwellenverstellers1 kann bspw. durch Befüllung von Druckkammern mit Hydraulikmittel erfolgen, wobei die Druckkammern zwischen Antriebselement2 und Abtriebselement3 ausgebildet sind. Die Feder4 verspannt Antriebselement2 und Abtriebselement3 relativ zueinander in einer Umfangsrichtung10 . Die Vorspannung sorgt für eine Relativdrehung zwischen Antriebselement2 und Abtriebselement3 . Damit die Feder4 vor äußeren Einwirkungen geschützt ist, ist diese durch einen Federdeckel5 zumindest teilweise abgedeckt bzw. abgekapselt. Weiter sichert im Betrieb der Federdeckel5 die Feder4 in axialer Richtung8 und verhindert ein Abrutschen ihrer Federenden7 von der Lagerung11 . Die Feder4 ist als Spiralfeder ausgebildet, deren federnde Windungen sich überwiegend senkrecht zur axialen Richtung8 erstrecken. - Das Antriebselement
2 weist einteilig oder separat eine nicht weiter dargestellte Verzahnung für eine Steuerkette oder einen Riemen auf. Das Abtriebselement3 ist drehfest mit einer nicht weiter dargestellten Nockenwelle verbindbar. - Der Federdeckel
5 weist ein Distanzelement6 auf, welches in Kontakt mit dem Federende7 der Feder4 steht. Das Distanzelement6 ist einteilig mit dem Federdeckel5 ausgebildet und erhebt sich in axialer Richtung8 aus der Stirnseite12 des Federdeckels5 heraus. Die Lagerung11 ist als Lagerzapfen13 einer Schraube14 des Nockenwellenverstellers1 ausgebildet. Der Außendurchmesser der Mantelfläche15 des Lagerzapfens13 ist in axialer Richtung8 konstant. Das Distanzelement6 weist eine Materialausnehmung16 auf, wobei eine Mantelfläche17 der Materialausnehmung16 größer ist, als der Durchmesser der Mantelfläche15 des Lagerzapfens13 . Das Distanzelement6 und seine Materialausnehmung16 können in Umfangsrichtung10 des Nockenwellenverstellers1 teilweise oder vollständig umlaufend ausgebildet sein. In axialer Richtung8 findet keine Überlappung der Mantelfläche15 des Lagerzapfens13 mit der Mantelfläche17 Materialausnehmung16 statt. Die Stirnseite18 des Distanzelementes6 ist weitestgehend parallel zur Stirnseite12 des Federdeckels5 . Die Stirnseite18 des Distanzelementes6 steht in Kontakt mit dem Federende7 und begrenzt somit den axialen Federraum20 . -
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Distanzelementes6 . Das Distanzelement6 ist als kreisscheibenförmige, lokale Erhebung9 des Federdeckels5 ausgebildet. Diese lokale Erhebung9 ist weitestgehend fluchtend zur Lagerung11 orientiert. Die lokale Erhebung9 minimiert den Kontakt mit dem Federende7 auf den Bereich um die Lagerung11 . -
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Distanzelementes6 . Das Distanzelement6 ist als Muster aus einer Vielzahl von Einzelerhebungen19 ausgebildet. Die Einzelerhebungen19 sind sternförmig um eine gedachte axiale Verlängerung der Mantelfläche15 des Lagerzapfens13 angeordnet sind. Die Verteilung der Einzelerhebungen19 sind zueinander weitestgehend gleichmäßig beabstandet. -
4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Distanzelementes6 . Das Distanzelement6 ist als Muster aus einer Vielzahl von Einzelerhebungen19 ausgebildet. Die Einzelerhebungen19 sind zueinander gleichgerichtet orientiert. Ein Abstand zwischen den Einzelerhebungen19 lässt Freiraum für eine gedachte Verlängerung der Mantelfläche15 des Lagerzapfens13 . -
5 zeigt einen Ausschnitt eines Federdeckels5 mit einem Distanzelement6 . Das Distanzelement6 ist aus dem Federdeckel5 einteilig ausgebildet. Der Federdeckel5 und das Distanzelement6 haben weitestgehend dieselbe Wandstärke. Das Distanzelement6 besitzt eine Materialausnehmung16 mit einer Mantelfläche17 , welche sich über die gesamte Wandstärke erstreckt. Dieser Freiraum kann von einer Lagerung11 durchdrungen werden. Ein Versatz A des Distanzelementes6 von dem Federdeckel5 in axialer Richtung8 begrenzt den axialen Federraum20 . - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Antriebselement
- 3
- Abtriebselement
- 4
- Feder
- 5
- Federdeckel
- 6
- Distanzelement
- 7
- Federende
- 8
- Axiale Richtung
- 9
- Erhebung
- 10
- Umfangsrichtung
- 11
- Lagerung
- 12
- Stirnseite
- 13
- Lagerzapfen
- 14
- Schraube
- 15
- Mantelfläche
- 16
- Materialausnehmung
- 17
- Mantelfläche
- 18
- Stirnseite
- 19
- Einzelerhebungen
- 20
- Axialer Federraum
- A
- Versatz
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006002993 A1 [0007]
- DE 102008051755 A1 [0008]
Claims (10)
- Nockenwellenversteller (
1 ) mit – einem Antriebselement (2 ), einem Abtriebselement (3 ), einer Feder (4 ) und einem Federdeckel (5 ) – wobei das Antriebselement (2 ) und das Abtriebselement (3 ) relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind, – wobei die Feder (4 ) das Antriebselement (2 ) und das Abtriebselement (3 ) in Umfangsrichtung (10 ) verspannt, – der Federdeckel (5 ) mit dem Antriebselement (2 ) oder dem Antriebselement (3 ) verbunden ist und – der Federdeckel (5 ) die Feder (4 ) in axialer Richtung (8 ) abdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdeckel (5 ) ein Distanzelement (6 ) aufweist und das Distanzelement (6 ) einen Freiheitsgrad der Feder (4 ) in axialer Richtung (8 ) begrenzt, in dem das Distanzelement (6 ) mit einem Federende (7 ) der Feder (4 ) in Kontakt bringbar ist. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (6 ) als lokale Erhebung (9 ) einteilig mit dem Federdeckel (5 ) ausgebildet ist. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (6 ) und der Federdeckel (5 ) separat ausgebildet sind. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdeckel (5 ) mit dem Distanzelement (6 ) stoff-, form-, und/oder kraftschlüssig verbunden ist. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdeckel (5 ) aus Blech oder aus Kunststoff ausgebildet ist. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (6 ) eine Beschichtung aufweist. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, in Umfangsrichtung (10 ) des Federdeckels (5 ) verteilte Distanzelemente (6 ) vorgesehen sind. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (6 ) im Bereich der Lagerung (11 ) des Federendes (7 ) angeordnet ist. - Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement (6 ) die Lagerung (11 ) umragt. - Federdeckel (
5 ) eines Nockenwellenverstellers (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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