DE102012105284A1

DE102012105284A1 - Nockenwelleneinrichtung

Info

Publication number: DE102012105284A1
Application number: DE201210105284
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Isenberg; Markus Todt; Dirk Pohl; Patrick Gautier
Original assignee: Hilite Germany GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: DE102012105284B4

Abstract

Nockenwelleneinrichtung (100) aufweisend eine innere Nockenwelle (102), eine zur dieser konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle (104), einen Nockenwellenversteller (106) zur Verstellung der inneren Nockenwelle (102) und/oder der äußeren Nockenwelle (104) und ein zwischen der inneren Nockenwelle (102) und/oder der äußeren Nockenwelle (104) einerseits und dem Nockenwellenversteller (106) andererseits angeordnetes Ausgleichselement (108), bei der das Ausgleichselement (108) eine scheibenartige Form aufweist, um die Nockenwelleneinrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern.

Description

Erfindung betrifft eine Nockenwelleneinrichtung aufweisend eine innere Nockenwelle, eine zur dieser konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle, einen Nockenwellenversteller zur Verstellung der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle und ein zwischen der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle einerseits und dem Nockenwellenversteller andererseits angeordnetes Ausgleichselement.
Aus der DE 10 2008 033 230 A1 ist ein Nockenwellenversteller bekannt zur Steuerung einer Doppelnockenwelle nach einem Schichtaufbau mit einem ersten rotorartigen Abtriebskörper und einem zweiten rotorartigen Abtriebskörper, die zueinander mit ihren Drehflügelkörperteilen parallel angeordnet sind, wobei jeder Abtriebskörper zur seitlich aus dem Nockenwellenverstellerzentrum herausführenden Aufnahme wenigstens einer Nockenwelle der Doppelnockenwelle bestimmt ist, bei dem zur Ausrichtung wenigstens eines Abtriebskörpers zur Doppelnockenwelle ein Ausgleichselement vorgesehen ist, um wichtige Teile eines Ventiltriebs für Verbrennungskraftmaschinen zu entwerfen, welcher eine Nockenwelle wie eine Gaswechselventilsteuerungswelle mit zwei zueinander verstellbaren Nocken, die sich insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft befinden, aufweist. Der DE 10 2008 033 230 A1 zufolge ist das Ausgleichselement ein Kreuzgelenk oder eine Passfeder.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Nockenwelleneinrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Nockenwelleneinrichtung aufweisend eine innere Nockenwelle, eine zur dieser konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle, einen Nockenwellenversteller zur Verstellung der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle und ein zwischen der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle einerseits und dem Nockenwellenversteller andererseits angeordnetes Ausgleichselement bei der das Ausgleichselement eine scheibenartige Form aufweist.
Die Nockenwelleneinrichtung kann zur Anordnung in einem Nockenantrieb dienen. Die innere Nockenwelle kann eine Vollwelle sein. Die innere Nockenwelle kann eine Drehachse aufweisen. Die äußere Nockenwelle kann eine Hohlwelle sein. Die äußere Nockenwelle kann eine Drehachse aufweisen. Die innere Nockenwelle und die äußere Nockenwelle können zueinander koaxial angeordnet sein. Die innere Nockenwelle und die äußere Nockenwelle können zueinander konzentrisch angeordnet sein. Die innere Nockenwelle kann eine Einlassnockenwelle und die äußere Nockenwelle kann eine Auslassnockenwelle sein. Die innere Nockenwelle kann eine Auslassnockenwelle und die äußere Nockenwelle kann eine Einlassnockenwelle sein. Die innere Nockenwelle und die äußere Nockenwelle können Einlassnockenwellen sein. Die innere Nockenwelle kann erste Einlassnocken und die äußere Nockenwelle kann zweite Einlassnocken aufweisen. Die innere Nockenwelle und die äußere Nockenwelle können Auslassnockenwellen sein. Die innere Nockenwelle kann erste Auslassnocken und die äußere Nockenwelle kann zweite Auslassnocken aufweisen.
Der Nockenwellenversteller kann eine Drehachse aufweisen. Der Nockenwellenversteller kann zur inneren Nockenwelle und/oder zur äußeren Nockenwelle koaxial angeordnet sein. Der Nockenwellenversteller kann um die Drehachse drehbar sein. Der Nockenwellenversteller kann einen Stator und wenigstens einen Rotor aufweisen. Der Stator und der wenigstens eine Rotor können um die Drehachse relativ zueinander begrenzt verdrehbar sein. Der Stator und der wenigstens eine Rotor können zwischen einer ersten Endlage und einer zweiten Endlage relativ zueinander verdrehbar sein. Der Stator kann der äußeren Nockenwelle zugeordnet sein. Der Stator kann einem Nockenwellenantrieb zugeordnet sein. Der wenigstens eine Rotor kann der inneren Nockenwelle zugeordnet sein. Der Nockenwellenversteller kann einen ersten Rotor und einen zweiten Rotor aufweisen. Der erste Rotor kann der inneren Nockenwelle und der zweite Rotor kann der äußeren Nockenwelle zugeordnet sein. Der Stator kann radial außen angeordnet sein. Der wenigstens eine Rotor kann radial innen angeordnet sein. Der Nockenwellenversteller kann ein Einfachnockenwellenversteller sein. Der Nockenwellenversteller kann ein Doppelnockenwellenversteller sein.
Der Nockenwellenversteller kann eine Phasenverstellung zwischen einem Nockenwellenantrieb, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, und der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle ermöglichen. Der Nockenwellenversteller kann eine Verschiebung von Steuerzeiten der Brennkraftmaschine ermöglichen. Mithilfe des Nockenwellenverstellers können Steuerzeiten in Richtung „früh“ und/oder in Richtung „spät“ verstellbar sein. Der Nockenwellenversteller kann eine Phasenverstellung zwischen der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle ermöglichen. Der Nockenwellenversteller kann eine Verlängerung und/oder Verkürzung von Steuerzeiten der Brennkraftmaschine ermöglichen. Mithilfe des Nockenwellenverstellers können Steuerzeiten in Richtung „lang“ und/oder in Richtung „kurz“ verstellbar sein. Der Nockenwellenversteller kann stufenlos verstellbar sein. Der Nockenwellenversteller kann hydraulisch verstellbar sein.
Das Ausgleichselement kann in Erstreckungsrichtung der Drehachse bzw. in axialer Richtung zwischen der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle einerseits und dem Nockenwellenversteller andererseits angeordnet sein. Das Ausgleichselement kann sowohl an der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle als auch an dem Nockenwellenversteller anliegen. Das Ausgleichselement kann eine erste Seitenfläche, eine zweite Seitenfläche und eine umlaufende Ringfläche aufweisen. Die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche können in axialer Richtung gerichtet sein. Die erste Seitenfläche kann zu der inneren Nockenwelle und/oder zu der äußeren Nockenwelle hin gerichtet sein. Die zweite Seitenfläche kann zu dem Nockenwellenversteller hin gerichtet sein. Die Ringfläche kann nach radial außen gerichtet sein. Das Ausgleichselement kann eine rotationssymmetrische Form aufweisen. Das Ausgleichselement kann ein zentrisch angeordnetes Durchgangsloch aufweisen. Das Ausgleichselement kann eine von radial außen nach radial innen abnehmende Dicke aufweisen.
Mit der erfindungsgemäßen Nockenwelleneinrichtung ist ein Ausgleich insbesondere bei einem toleranzbedingten Versatz und/oder einem toleranzbedingten Parallelitätsfehler zwischen der Drehachse der inneren Nockenwelle und der äußeren Nockenwelle ermöglicht. Ein Ausgleich ist unabhängig von einer Versatzrichtung und/oder von der Richtung eines Parallelitätsfehlers ermöglicht. Eine Richtungsabhängigkeit ist reduziert oder vermieden. Eine Unwucht ist reduziert oder vermieden. Eine günstige Herstellung ist ermöglicht. Eine Funktionalität ist verbessert. Ein Nockenwellenversteller kann trotz toleranzbedingter Abweichung einer Achse der inneren Nockenwelle von einer Achse der äußeren Nockenwelle zur äußeren Nockenwelle koaxial angeordnet sein. Das Ausgleichselement liegt, insbesondere an der inneren Nockenwelle, trotz toleranzbedingter Abweichung großflächig an. Eine Kontaktfläche zwischen der inneren Nockenwelle und dem Ausgleichselement ist vergrößert. Eine Festlegung des Nockenwellenverstellers ist verbessert.
Die innere Nockenwelle kann eine kugelkalottenförmige Stirnfläche aufweisen. Eine Kugelkalotte kann der gekrümmte Teil einer Oberfläche eines Kugelsegments sein. Das Ausgleichselement kann eine kugelkalottenförmige Anlagefläche für die innere Nockenwelle aufweisen. Die kugelkalottenförmige Anlagefläche des Ausgleichselements kann die erste Seitenfläche des Ausgleichselements sein. Die Stirnfläche der inneren Nockenwelle und die Anlagefläche des Ausgleichselements können mit zumindest annähernd gleichem Kugelradius kugelkalottenförmig ausgebildet sein. Die kugelkalottenförmige Stirnfläche der inneren Nockenwelle und die kugelkalottenförmige Anlagefläche des Ausgleichselements können aneinander anliegen. Das Ausgleichselement kann eine ebene Anlagefläche für den Nockenwellenversteller, insbesondere für einen Rotor des Nockenwellenverstellers, aufweisen. Die ebene Anlagefläche des Ausgleichselements kann die zweite Seitenfläche des Ausgleichselements sein. Die ebene Anlagefläche des Ausgleichselements und der Nockenwellenversteller, insbesondere ein Rotor des Nockenwellenverstellers, können aneinander anliegen.
Der Nockenwellenversteller, insbesondere ein Rotor des Nockenwellenverstellers, kann eine Aufnahme für das Ausgleichselement aufweisen und das Ausgleichselement kann in der Aufnahme des Nockenwellenverstellers in radialer Richtung spielbehaftet aufgenommen sein. Die Aufnahme kann eine Ausnehmung sein. Die Aufnahme kann eine topfartige Form mit einem zylindrischen Wandabschnitt und einem ebenen Bodenabschnitt aufweisen.
Die Aufnahme des Nockenwellenverstellers kann eine zylindrische radiale Anlagefläche mit einem ersten Radius und das Ausgleichselement kann eine zylindrische radiale Anlagefläche mit einem zweiten Radius aufweisen und der erste Radius kann um einen vorbestimmten Betrag größer als der zweite Radius sein. Die zylindrische radiale Anlagefläche der Aufnahme kann mit dem Wandabschnitt der Aufnahme gebildet sein. Die zylindrische radiale Anlagefläche des Ausgleichselements kann mit der umlaufenden Ringfläche des Ausgleichselements gebildet sein.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:
1 eine Nockenwelleneinrichtung mit zwei koaxialen Nockenwellen, einem Nockenwellenversteller und einem Ausgleichselement in Schnittdarstellung,
2 eine Nockenwelleneinrichtung mit zwei koaxialen Nockenwellen, einem Nockenwellenversteller und einem Ausgleichselement in ausschnittsweiser Detailansicht und
3 eine innere Nockenwelle mit toleranzbedingtem Parallelitätsfehler und ein Ausgleichselement.
1 zeigt eine Nockenwelleneinrichtung 100 mit zwei koaxialen Nockenwellen 102, 104, einem Nockenwellenversteller 106 und einem Ausgleichselement 108 in Schnittdarstellung. 2 zeigt die Nockenwelleneinrichtung 100 in ausschnittsweiser Detailansicht.
Die Nockenwelleneinrichtung 100 weist eine innere Nockenwelle 102 und eine äußere Nockenwelle 104 auf. Die innere Nockenwelle 102 ist eine Vollwelle. Die äußere Nockenwelle 104 ist eine Hohlwelle. Die innere Nockenwelle 102 ist innerhalb der äußeren Nockenwelle 104 angeordnet. Die Nockenwellen 102, 104 sind zueinander konzentrisch und koaxial angeordnet. Die Nockenwellen 102, 104 weisen jeweils Nocken auf. Die Nockenwellen 102, 104 sind relativ zueinander begrenzt verdrehbar. Die Nockenwellen 102, 104 können eine zentrale Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine bilden. Eine relative Verdrehung der Nockenwellen 102, 104 zueinander bewirkt dann eine Verschiebung einlass- und/oder auslassseitiger Steuerzeiten zwischen „früh“ und „spät“. Die Nockenwellen 102, 104 können eine von zwei Nockenwellen für eine Brennkraftmaschine bilden. Eine relative Verdrehung der Nockenwellen 102, 104 zueinander bewirkt dann eine Verlängerung oder Verkürzung einlass- oder auslassseitiger Steuerzeiten.
Die Nockenwellen 102, 104 weisen jeweils ein dem Nockenwellenversteller 106 zugewandtes Ende auf. Das Ende 110 der inneren Nockenwelle 102 steht zu dem Nockenwellenversteller 106 hin gegenüber dem Ende der äußeren Nockenwelle 104 über. Das Ende der äußeren Nockenwelle 104 ist gegenüber dem Ende 110 der inneren Nockenwelle 102 zurückgesetzt. Das Ende 110 der inneren Nockenwelle 102 ist in radialer Richtung bundartig aufgeweitet. Die innere Nockenwelle 102 weist an ihrem Ende 110 eine dem Nockenwellenversteller 106 zugewandte Stirnfläche 112 auf. Die Stirnfläche 112 ist konvex ausgeführt. Die Stirnfläche 112 ist kugelkalottenförmig ausgeführt. Die innere Nockenwelle 102 weist an ihrem Ende 110 eine Bohrung zur Aufnahme einer Schraube 114 auf.
Der Nockenwellenversteller 106 weist einen Stator 116 und einen Rotor 118 auf. Der Stator 116 und der Rotor 118 sind relativ zueinander begrenzt verdrehbar. Der Nockenwellenversteller 106 weist ein Anschlussstück 120 mit hydraulischen Kanälen zur Steuerung des Nockenwellenverstellers 106 auf. Der Rotor 118 ist mit der inneren Nockenwelle 102 drehfest verbunden. Die Schraube 114 verbindet das Anschlussstück 120 und den Rotor 118 mit der inneren Nockenwelle 102.
Zwischen der inneren Nockenwelle 102 und dem Rotor 118 des Nockenwellenverstellers 106 ist das Ausgleichselement 108 angeordnet. Das Ausgleichselement 108 weist eine scheibenartige Form auf. Das Ausgleichselement 108 weist eine der inneren Nockenwelle 102 zugewandte Seitenfläche 122 auf. Das Ausgleichselement 108 weist eine dem Rotor 118 des Nockenwellenverstellers 106 zugewandte Seitenfläche 124 auf. Das Ausgleichselement 108 weist eine umlaufende Ringfläche 126 auf. Die Seitenfläche 122 ist konkav ausgeführt. Die Seitenfläche 122 ist kugelkalottenförmig ausgeführt. Die Seitenfläche 122 ist mit einem der Stirnfläche 112 der inneren Nockenwelle 102 entsprechenden Kugelradius ausgeführt. Das Ausgleichselement 108 liegt mit seiner Seitenfläche 122 an der Stirnfläche 112 der inneren Nockenwelle 102 an. Die Seitenfläche 124 ist eben ausgeführt. Das Ausgleichselement 108 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der radial äußere Querschnitt des Ausgleichselements 108 entspricht dem radial äußeren Querschnitt des Endes 110 der inneren Nockenwelle 102. Die Ringfläche 126 bildet eine nach radial außen gerichtete zylindrische Oberfläche des Ausgleichselements 108. Das Ausgleichselement 108 weist an seinem radialen Rand die größte Dicke auf. Die Dicke des Ausgleichselements 108 nimmt nach radial innen ab. Das Ausgleichselement 108 weist in seinem mittleren Bereich die geringste Dicke auf. Das Ausgleichselement 108 weist zentrisch ein Durchgangsloch 128 auf. In dem Durchgangsloch 128 verläuft die Schraube 114.
Der Rotor 118 des Nockenwellenverstellers 106 weist eine Aufnahme 130 für das Ausgleichselement 108 auf. Die Aufnahme 130 weist eine topfartige Form mit einem Bodenabschnitt und einem Wandabschnitt auf. Der Bodenabschnitt ist eben ausgeführt. Die Aufnahme 130 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der Wandabschnitt bildet eine nach radial innen gerichtete zylindrische Oberfläche der Aufnahme 130. Die Aufnahme 130 weist einen Querschnitt mit einem größeren Durchmesser als das Ausgleichselement 108 auf. Damit ist zwischen dem Wandabschnitt der Aufnahme 130 und der Ringfläche 126 des Ausgleichselements 108 ein Spalt 132 gebildet. Der Spalt 132 ist ein umlaufender Ringspalt. In axialer Richtung weist die Aufnahme 130 eine der Dicke des Ausgleichselements 108 entsprechende Tiefe auf. Damit ist das Ausgleichselement 108 in der Aufnahme 130 in etwa vollständig aufgenommen. Das Ausgleichselement 108 liegt mit seiner Seitenfläche 124 an dem Bodenabschnitt der Aufnahme 130 an.
3 zeigt eine innere Nockenwelle 200, wie Nockenwelle 102 gemäß 1 und 2, mit toleranzbedingtem Parallelitätsfehler und ein Ausgleichselement 202, wie Ausgleichselement 108 gemäß 1 und 2. Toleranzbedingt können die innere Nockenwelle 200 und die hier nicht dargestellte äußere Nockenwelle zueinander versetzt oder zueinander verkippt angeordnet sein. Ein toleranzbedingter Versatz ist in 2 mit einem Pfeil 134 angedeutet. Ein toleranzbedingtes Verkippen ist in 2 mit einem Pfeil 136 angedeutet. In 3 ist ein toleranzbedingter Parallelitätsfehler entsprechend einem Verkippen der inneren Nockenwelle 200 dargestellt. Die Nockenwelle 200 und das Ausgleichselement 202 sind relativ zueinander verlagert, jedoch aufgrund der kugelkalottenförmigen Kontaktflächen flächig aneinanderliegend, angeordnet. Ersichtlich ist, dass die kugelkalottenförmigen Kontaktflächen der inneren Nockenwelle 200 und des Ausgleichselements 202 denselben Kugelradius 204 aufweisen. Damit ist der Parallelitätsfehler ausgeglichen und ein Nockenwellenversteller, wie Nockenwellenversteller 106 gemäß 1 und 2, ist zur äußeren Nockenwelle koaxial montierbar. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Bezugszeichenliste

100: Nockenwelleneinrichtung
102: innere Nockenwelle
104: äußere Nockenwelle
106: Nockenwellenversteller
108: Ausgleichselement
110: Ende der inneren Nockenwelle
112: Stirnfläche der inneren Nockenwelle
114: Schraube
116: Stator
118: Rotor
120: Anschlussstück
122: Seitenfläche des Ausgleichselements
124: Seitenfläche des Ausgleichselements
126: Ringfläche des Ausgleichselements
128: Durchgangsloch
130: Aufnahme
132: Spalt
134: Pfeil (Versatz)
136: Pfeil (Verkippen)
200: innere Nockenwelle
202: Ausgleichselement
204: Kugelradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008033230 A1 [0002, 0002]

Claims

Nockenwelleneinrichtung (100) aufweisend eine innere Nockenwelle (102, 200), eine zur dieser konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle (104), einen Nockenwellenversteller (106) zur Verstellung der inneren Nockenwelle (102, 200) und/oder der äußeren Nockenwelle (104) und ein zwischen der inneren Nockenwelle (102, 200) und/oder der äußeren Nockenwelle (104) einerseits und dem Nockenwellenversteller (106) andererseits angeordnetes Ausgleichselement (108, 202), dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (108, 202) eine scheibenartige Form aufweist.
Nockenwelleneinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Nockenwelle (102, 200) eine kugelkalottenförmige Stirnfläche (112) aufweist.
Nockenwelleneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (108, 202) eine kugelkalottenförmige Anlagefläche (122) für die innere Nockenwelle (102, 200) aufweist.
Nockenwelleneinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (112) der inneren Nockenwelle (102, 200) und die Anlagefläche (122) des Ausgleichselements (108, 202) mit zumindest annähernd gleichem Kugelradius (204) kugelkalottenförmig ausgebildet sind.
Nockenwelleneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (106), insbesondere ein Rotor (118) des Nockenwellenverstellers (106), eine Aufnahme (130) für das Ausgleichselement (108, 202) aufweist und das Ausgleichselement (108, 202) in der Aufnahme (130) des Nockenwellenverstellers (106) in radialer Richtung spielbehaftet aufgenommen ist.
Nockenwelleneinrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (130) des Nockenwellenverstellers (106) eine zylindrische radiale Anlagefläche mit einem ersten Radius und das Ausgleichselement (108, 202) eine zylindrische radiale Anlagefläche (126) mit einem zweiten Radius aufweist und der erste Radius um einen vorbestimmten Betrag größer als der zweite Radius ist.