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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
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Hintergrund der Erfindung
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Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer 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 ausgebildet sein.
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Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem 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.
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Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
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Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
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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 ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
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Der Nockenwellenversteller bzw. das Abtriebselement des Nockenwellenverstellers wird mittels einer zur Nockenwelle koaxialen Schraube oder einer Mutter, an der Nockenwelle drehfest befestigt, so dass eine Drehung des Abtriebselement auf die Nockenwelle übertragen werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine platzsparende und zentrierende Befestigung des Nockenwellenversteller mit der Nockenwelle erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Nockenwellenversteller mit einer Nabe zur Befestigung des Nockenwellenverstellers mit einem Nockenwellenende einer Nockenwelle, wobei der Nockenwellenversteller ein Antriebselement und ein Abtriebselement aufweist, löst die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass eine Außenmantelfläche eines nockenwellenzugewandten Abschnittes der Nabe als Kegelfläche ausgebildet ist, wobei diese Kegelfläche aus dem Nockenwellenversteller herausragt und mit einer komplementären Kegelfläche des Nockenwellenendes in Eingriff bringbar ist.
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Somit weist eine Befestigungsvorrichtung zur Verbindung des Nockenwellenverstellers mit der Nockenwelle, das nockenwellenverstellerseitige Nockenwellenende der Nockenwelle und die Nabe des Nockenwellenverstellers auf, wobei die Außenmantelfläche des nockenwellenzugewandten Abschnittes der Nabe als Kegelfläche ausgebildet ist, wobei diese Kegelfläche aus dem Nockenwellenversteller in axialer Richtung herausragt und mit der komplementären Kegelfläche des Nockenwellenendes in Eingriff steht. Zudem wird die Nabe des Nockenwellenverstellers von dem Nockenwellenende umragt, so dass beide Kegelflächen einander kontaktieren.
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Die Nabe des Nockenwellenverstellers ist hierbei drehfest mit dem Abtriebselement verbunden. Die Nabe kann einteilig oder separat vom Abtriebselement ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ragt die Nabe, insbesondere deren Kegelfläche, über eine stirnseitige Begrenzungsebene des Nockenwellenverstellers hinaus, um vom Nockenwellenende umragt werden zu können.
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Das nockenwellenverstellerseitige Nockenwellenende der Nockenwelle ist das Endstück der Nockenwelle, an dem der Nockenwellenversteller befestigt wird bzw. ist. Das Endstück kann einteilig mit der Nockenwelle ausgebildet sein oder separat von der Nockenwelle.
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Durch den erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller wird eine platzsparende und zuverlässige Befestigung des Nockenwellenverstellers mit der Nockenwelle auf der nockenwellenzugewandten Seite des Nockenwellenverstellers ermöglicht.
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In einer Ausführung der Erfindung verjüngt sich die Kegelfläche der Nabe in axialer Richtung zur Nockenwelle hin. Die axiale Richtung ist hier entlang der Drehachse des Nockenwellenverstellers bzw. der Nockenwelle orientiert. Durch die Verjüngung kann der Nockenwellenversteller einfach auf die Nockenwelle aufgesteckt werden, wobei durch die Kegelflächenpaarung zugleich eine Zentrierung vorliegt. Eine dauerhafte Sicherung der Kegelflächenpaarung kann mittels eines Stoffschlusses, wie Schweißen, Kleben, Löten, etc., erfolgen bzw. erfolgt sein.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Nabe als ein vom Abtriebselement separates Bauteil ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Nabe als Rohr oder Hülse ausgebildet. Diese kann vom Abtriebselement verschieden wärmebehandelt werden und/oder aus einem vom Abtriebselement verschiedenen Werkstoff ausgebildet sein. Die drehfeste Verbindung zwischen Abtriebselement und Nabe ist durch einen Kraftschluss, Formschluss und/oder Stoffschluss ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Nabe als Blechhülse ausgebildet. Die Blechhülse kann entweder eine zentrale Durchgangsöffnung besitzen oder mit einem Boden versehen sein. Die Kegelfläche der Blechhülse kann vorteilhafterweise durch Umformen ausgebildet werden, wodurch das Material im Bereich der Kegelfläche verdichtet wird und somit eine verbesserte Oberflächengüte, bevorzugterweise ohne nachfolgende spanende Bearbeitungen, vorliegt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Nabe eine Angriffsfläche für eine Befestigungsmutter oder eine Befestigungsschraube auf. Diese Angriffsfläche kann von einem Absatz, einem Kragen oder einer stirnseitigen Begrenzungsfläche der Nabe ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist diese Angriffsfläche auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des Nockenwellenverstellers von der Nabe ausgebildet.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Nockenwellenversteller eine Befestigungsmutter auf, wobei sowohl die Angriffsfläche als auch die Befestigungsmutter selbst auf der nockenwellenzugewandten Seite des Nockenwellenverstellers angeordnet sind. Vorteilhafterweise wird so der Bauraum auf der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers reduziert. Der Nockenwellenversteller kann mit der zwischen Angriffsfläche und Nockenwellenversteller verliersicher, durch die beidseitige axiale Begrenzung, angeordneten Befestigungsmutter als Baueinheit geliefert werden.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Nockenwellenversteller eine Befestigungsschraube auf, wobei sowohl die Angriffsfläche als auch die Befestigungsschraube selbst auf der nockenwellenzugewandten Seite des Nockenwellenverstellers angeordnet sind. Vorteilhafterweise durchdringt die Befestigungsschraube nicht vollständig in axialer Richtung die Nabe des Nockenwellenverstellers, so dass der Schraubenkopf der Befestigungsschraube ebenfalls auf der nockenwellenzugewandten Seite des Nockenwellenversteller angeordnet ist. Axial benachbart zum Schraubenkopf und radial umragt vom Abtriebselement des Nockenwellenverstellers kann der Bauraum innerhalb der Nabe für ein Zentralventil genutzt werden. Vorteilhafterweise wird radialer Bauraum eingespart, da die Befestigungsschraube das Zentralventil nicht mehr umragt. Weiter ist von Vorteil, dass der axiale Bauraum auf der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers nicht mehr vom Schraubenkopf blockiert ist. Die Reihenfolge der Anordnung in axialer Richtung ausgehend von der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers kann mit dem Zentralventil beginnen, woran sich in axialer Richtung zur Nockenwelle hin die Befestigungsschraube anschließt, welche schließlich weitestgehend in dem Nockenwellenende der Nockenwelle versenkt ist.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Befestigungsschraube innerhalb der Nabe angeordnet, wobei lediglich das Gewinde der Befestigungsschraube aus der Nabe herausragt. Hier ist die Angriffsfläche für die Befestigungsschraube im axialen Bereich des Abtriebselements angeordnet, wobei die Befestigungsschraube in axialer Richtung aus der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenversteller nicht herausragt, sondern innerhalb der Nabe versenkt ist. Vorteilhafterweise kann eine solche Befestigungsschraube einen längeren Schraubenschaft aufweisen, welcher sich hinsichtlich benötigten Vorspannkraft die erforderliche Dehnungslänge aufweist.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist eine Befestigungsvorrichtung zur Verbindung des Nockenwellenverstellers mit der Nockenwelle, das nockenwellenverstellerseitige Nockenwellenende der Nockenwelle und die Nabe des Nockenwellenverstellers auf, wobei die Außenmantelfläche des nockenwellenzugewandten Abschnittes der Nabe als Kegelfläche ausgebildet ist, wobei diese Kegelfläche aus dem Nockenwellenversteller in axialer Richtung herausragt und mit der komplementären Kegelfläche des Nockenwellenendes in Eingriff steht. Zudem wird die Nabe des Nockenwellenverstellers von dem Nockenwellenende umragt, so dass beide Kegelflächen einander kontaktieren.
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In einer favorisierten Ausführung der Befestigungsvorrichtung weist die Nockenwelle ein Außengewinde auf, das mit der Befestigungsmutter im Eingriff steht und den Nockenwellenversteller bzw. dessen Nabe mit dem Nockenwellenende verspannt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung mit einer Befestigungsmutter und
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2 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung mit einer Befestigungsschraube.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 10 mit einer Befestigungsmutter 13.
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Die Befestigungsvorrichtung 10 umfasst einen Nockenwellenversteller 1, ein nockenwellenverstellerseitiges Nockenwellenende 4 einer Nockenwelle 3, eine Befestigungsmutter 13 und eine Nabe 2 des Nockenwellenverstellers 1. Alle vorgenannten Bauteile sind koaxial zueinander und zur Drehachse 17 der Befestigungsvorrichtung 1 angeordnet.
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Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebselement 8, ein Abtriebselement 9 und die Nabe 2 auf. Die Nabe 2 ist drehfest mit dem Abtriebselement 9 verbunden und als Rohr 18 ausgebildet. Das Rohr 18 weist eine weitestgehend gleichbleibende Wandstärke sowie eine zentrale, zur Drehachse 17 koaxial angeordnete, Durchgangsöffnung 19 auf. Der Abschnitt 6 der Nabe 2 ragt aus dem Nockenwellenversteller 2 heraus und weist an seiner Außenmantelfläche 5 eine Kegelfläche 7 auf. Die Kegelfläche 7 verjüngt sich in axialer Richtung 11 zur Nockenwelle 4 hin. Weiter weist die Nabe 2 eine Angriffsfläche 12 auf, welche von einem gefalteten Kragen 20 ausgebildet ist. Der gefaltete Kragen 20 erstreckt sich in radialer Richtung 21 und ist zum Abschnitt 6 mit der Kegelfläche 7 benachbart. Die Angriffsfläche 12 ist zum Abtriebselement 9 des Nockenwellenverstellers 1 orientiert und kreisringförmig ausgebildet. Dem Kragen 20 schließt sich in axialer Richtung 11 ein zylindrischer Abschnitt 22 an, welcher das Abtriebselement 9 aufnimmt und in diesem Ausführungsbeispiel das Abtriebselement 9 durchragt. Die Durchgangsöffnung 19 kann im Bereich des zylindrischen Abschnittes 22 ein Zentralventil aufnehmen.
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Das Nockenwellenende 3 der Nockenwelle 4 weist an seiner Innenmantelfläche 23 eine Kegelfläche 24 auf, welche in axialer Richtung 11 zu seiner nockenwellenverstellerzugewandten Stirnseite 25 geweitet ist. Der Kegelwinkel der Kegelfläche 24 ist zum Kegelwinkel der Kegelfläche 7 komplementär, idealerweise annähernd gleich groß, ausgebildet. Das Nockenwellenende 3 weist weiter ein Außengewinde 16 für die Befestigungsmutter 13 auf.
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Die Befestigungsmutter 13 der Befestigungsvorrichtung 10 verspannt drehfest die Nabe 2 mit dem Nockenwellenende 3. Dazu steht die Befestigungsmutter 13 mit ihren Innengewinde 32 im Eingriff mit dem Außengewinde 16 des Nockenwellenendes 3. Zudem weist die Befestigungsmutter 13 einen radial nach innen gerichteten Kragen 26 auf, der mit seiner nockenwellenzugewandten Stirnseite 27 die Angriffsfläche 12 der Nabe 2, idealerweise flächig, kontaktiert. An der Außenmantelfläche 28 der Befestigungsmutter 13, welche beispielsweise als Sechskant ausgebildet sein kann, kann ein Montagewerkzeug angreifen und die Befestigungsmutter 13 mit der Nockenwelle 4 verschrauben. Dadurch wird der Kragen 20 in axialer Richtung 11 zur Nockenwelle 4 hin verspannt, wobei die Kegelflächenpaarung 7, 24 gegeneinander gepresst werden. Durch einen verbleibenden Spalt zwischen der Stirnseite 25 und dem Kragen 20 und der gefalteten Ausführung des Kragens 20 aus einer Nabe 2 als Rohr 18 beinhaltet diese Schraubverbindung ausreichend Flexibilität, die dem Setzverhalten der Schraubverbindung über die Lebensdauer zuverlässig entgegenwirkt. Zudem wird genügend Vorspannkraft bereitgestellt, damit die drehfeste Verbindung zwischen Nabe 2 und Nockenwelle 4 über die Lebensdauer zuverlässig beibehalten wird.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 1 mit einer Befestigungsschraube 14.
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Die Befestigungsvorrichtung 10 umfasst einen Nockenwellenversteller 1, ein nockenwellenverstellerseitiges Nockenwellenende 4 einer Nockenwelle 3, eine Befestigungsschraube 14 und eine Nabe 2 des Nockenwellenverstellers 1. Alle vorgenannten Bauteile sind koaxial zueinander und zur Drehachse 17 der Befestigungsvorrichtung 1 angeordnet.
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Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebselement 8, ein Abtriebselement 9 und die Nabe 2 auf. Die Nabe 2 ist drehfest mit dem Abtriebselement 9 verbunden und als Rohr 18 ausgebildet. Das Rohr 18 weist eine weitestgehend gleichbleibende Wandstärke sowie eine zentrale, zur Drehachse 17 koaxial angeordnete, Durchgangsöffnung 19 auf. Der Abschnitt 6 der Nabe 2 ragt aus dem Nockenwellenversteller 2 heraus und weist an seiner Außenmantelfläche 5 eine Kegelfläche 7 auf. Die Kegelfläche 7 verjüngt sich in axialer Richtung 11 zur Nockenwelle 4 hin. Weiter weist die Durchgangsöffnung 19 der Nabe 2 einen Absatz 29 mit einer Angriffsfläche 12 auf, die zur Kontaktierung mit einer Stirnseite 27 der Befestigungsschraube 14 vorgesehen ist. Der Absatz 29 ist in axialer Richtung 11 im Bereich der Kegelfläche 7 angeordnet. Die Angriffsfläche 12 ist zum Abtriebselement 9 des Nockenwellenverstellers 1 orientiert und kreisringförmig ausgebildet. Weiter weist das Rohr 18 einen zum Absatz 29 benachbarten zylindrischen Abschnitt 22 auf, welcher das Abtriebselement 9 aufnimmt und in diesem Ausführungsbeispiel das Abtriebselement 9 durchragt. Die Durchgangsöffnung 19 kann im Bereich des zylindrischen Abschnittes 22 ein Zentralventil aufnehmen.
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Das Nockenwellenende 3 der Nockenwelle 4 weist an seiner Innenmantelfläche 23 eine Kegelfläche 24 auf, welche in axialer Richtung 11 zu seiner nockenwellenverstellerzugewandten Stirnseite 25 geweitet ist. Der Kegelwinkel der Kegelfläche 24 ist zum Kegelwinkel der Kegelfläche 7 komplementär, idealerweise annähernd gleich groß, ausgebildet. Das Nockenwellenende 3 weist weiter ein Innengewinde 31 für die Befestigungsschraube 14 auf. Die Stirnseite 25 kann in Kontakt mit dem Abtriebselement 9 stehen.
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Die Befestigungsschraube 14 der Befestigungsvorrichtung 10 verspannt drehfest die Nabe 2 mit dem Nockenwellenende 3. Dazu steht die Befestigungsschraube 14 im Eingriff mit dem Innengewinde 31 des Nockenwellenendes 3. Zudem weist die Befestigungsschraube 14 einen radial nach außen gerichteten Kragen 26 auf, der mit seiner nockenwellenzugewandten Stirnseite 27 die Angriffsfläche 12 des Absatzes 29 der Nabe 2, idealerweise flächig, kontaktiert. Der Kragen 26 der Befestigungsschraube 14 ist Teil seines Schraubenkopfes. An der Innenmantelfläche 30 der Befestigungsschraube 14, welche beispielsweise als Sechskant ausgebildet sein kann, kann ein Montagewerkzeug angreifen und die Befestigungsschraube 14 mit der Nockenwelle 4 verschrauben. Dadurch wird die Befestigungsschraube 14 in axialer Richtung 11 zur Nockenwelle 4 hin gedehnt, wobei die Kegelflächenpaarung 7, 24 gegeneinander gepresst werden. Durch die axiale Länge der Befestigungsschraube 14 beinhaltet diese Schraubverbindung ausreichend Flexibilität, die dem Setzverhalten der Schraubverbindung über die Lebensdauer zuverlässig entgegenwirkt. Zudem wird genügend Vorspannkraft bereitgestellt, damit die drehfeste Verbindung zwischen Nabe 2 und Nockenwelle 4 über die Lebensdauer zuverlässig beibehalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Nabe
- 3
- Nockenwellenende
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Außenmantelfläche
- 6
- Abschnitt
- 7
- Kegelfläche
- 8
- Antriebselement
- 9
- Abtriebselement
- 10
- Befestigungsvorrichtung
- 11
- Axiale Richtung
- 12
- Angriffsfläche
- 13
- Befestigungsmutter
- 14
- Befestigungsschraube
- 15
- Gewinde
- 16
- Außengewinde
- 17
- Drehachse
- 18
- Rohr
- 19
- Durchgangsöffnung
- 20
- Kragen
- 21
- Radiale Richtung
- 22
- Zylindrischer Abschnitt
- 23
- Innenmantelfläche
- 24
- Kegelfläche
- 25
- Stirnseite
- 26
- Kragen
- 27
- Stirnseite
- 28
- Außenmantelfläche
- 29
- Absatz
- 30
- Innenmantelfläche
- 31
- Innengewinde
- 32
- Innengewinde
