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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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Die
DE 102 17 062 A1 zeigt eine Ventilzeitensteuersystem eines Motors mit Innenverbrennung, welche eine Antriebskraft-Übertragungsvorrichtung, eine Nockenwelle, ein Gehäuse umfasst. Das Gehäuse dreht sich einstückig mit der Antriebskraft-Übertragungsvorrichtung oder der Nockenwelle. Weiter ist ein Flügelrotor offenbart, welcher im Gehäuse untergebracht ist und sich einstückig mit der jeweils anderen der Antriebskraft-Übertragungsvorrichtung bzw. der Nockenwelle dreht. Zudem zeigt die
DE 102 17 062 eine Sperrvorrichtung und eine Entsperrvorrichtung. Ein Abschnitt großen Durchmessers des Sperrstifts und ein Innenumfang eines Stiftlochs definieren einen ersten Zwischenraum, während ein Abschnitt kleinen Durchmessers des Sperrstifts und der Innenumfang des Stiftlochs einen zweiten Zwischenraum definieren, so dass der erste Zwischenraum größer ist als der zweite Zwischenraum.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antriebselement eines Nockenwellenverstellers und ein Nockenwellenversteiler mit einem Antriebselement anzugeben, der eine besonders platzsparend baut.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird durch ein Antriebselement eines Nockenwellenverstellers, wobei das Antriebselement topfförmig ausgebildet ist und eine zentrale Aufnahme für ein mit einer Nockenwelle drehfest verbindbares Abtriebselement aufweist, wobei das Antriebselement eine Verriegelungskulisse aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verriegelungskulisse in axialer Richtung über den Boden des topfförmigen Antriebselements hinausragt.
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Hierdurch wird erreicht, dass zum Einen axialer Bauraum, insbesondere im Bereich der Nabe des Nockenwellenversteller bzw. des Antriebselements eingespart wird und zum Anderen das Antriebselement bzw. der Nockenwellenversteller im Gewicht reduziert ist.
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Die Aufgabe wird auch durch einen Nockenwellenversteller mit dem vorgenannten Antriebselement gelöst. Insbesondere bei hydraulischen Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise, bei dem das Antriebselement und das koaxial dazu angeordnete Abtriebselement jeweils radial gerichtete Flügel aufweisen, die untereinander Hydraulikkammern ausbilden um eine Verdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement zu erzielen, ist die Erfindung bevorzugt anwendbar.
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Das Antriebselement weist eine Verzahnung auf, welche mit einem Steuertrieb in Eingriff gebracht werden kann. Die Verzahnung kann von einem vom Antriebselement mit dessen Flügeln separaten Bauteil ausgebildet sein, wobei dann die Verzahnung als axial benachbartes Bauteil, bspw. als Antriebsrad oder Deckel, mit dem Antriebselement drehfest befestigt ist. Alternativ kann die Verzahnung integrativ vom Antriebselement ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise ist weist das Antriebselement eine topfförmige Gestalt auf. Das topfförmige Antriebselement kann als Sinterteil ausgebildet sein, wodurch sich vorteilhafterweise die axial aus dem Boden herausragende und integrativ mit dem Antriebselement ausgebildete Verriegelungskulisse gut herstellen lasst.
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Auch kann bei einem als Sinterteil ausgebildeten Antriebselement die integrative Verzahnung in wenigen Arbeitsgängen hergestellt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verriegelungskulisse topfförmig und einteilig vom Antriebselement ausgebildet. Vorteilhafterweise kann bei einer Ausbildung als Sinterteil sowohl die Verriegelungskulisse als auch das gesamte Antriebselement in sehr wenigen Schritten hergestellt werden. Die topfförmige Verriegelungskulisse ragt in axialer Richtung über die Begrenzungsfläche des ebenfalls einteilig mit dem Antriebselement ausgebildeten Deckels hinaus.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wurde die Verriegelungskulisse einer vom restlichen Antriebselement verschiedenen Wärmebehandlung unterzogen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Verriegelungskulisse ein Einlegeteil auf, welches mit einem Verriegelungskolben in Kontakt gebracht werden kann. Ein Verriegelungskolben kann von dem Abtriebselement aufgenommen sein und ist in axialer Richtung bewegbar. Zur Sperrung einer Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement greift der Verriegelungskolben in die Verriegelungskulisse ein. Vorteilhafterweise kann durch eine Einlegeteil, welches in der Verriegelungskulisse verliersicher angeordnet ist, ein Verriegelungsspiel festgelegt bzw. minimiert werden. Das Einlegeteil kann aus einem von der Verriegelungskulisse verschiedenen Material ausgebildet sein. Bevorzugterweise ist das Material des Einlegeteils härter als das Material der Verriegelungskulisse und weist gegenüber der Verriegelungskulisse einen größeren Kontaktbereich auf als zum Verriegelungskolben. Dadurch können mehrere verschiedene Werkstoffe verwendet werden, welche bspw. Gewicht sparen und kostengünstiger sind.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Verriegelungskulisse einen Ring auf, welcher mit einem Verriegelungskolben in Kontakt gebracht werden kann. Der Ring wird in die Verriegelungskulisse eingesetzt. Vorteilhafterweise ist ein Ring in einer topfförmigen Verriegelungskulisse gut zentrier- und fixierbar. Vorteilhafterweise kann durch den Ring, welcher in der Verriegelungskulisse verliersicher angeordnet ist, ein Verriegelungsspiel festgelegt bzw. minimiert werden. Der Ring kann aus einem von der Verriegelungskulisse verschiedenen Material ausgebildet sein. Bevorzugterweise ist das Material des Rings härter als das Material der Verriegelungskulisse und weist gegenüber der Verriegelungskulisse einen größeren Kontaktbereich auf als zum Verriegelungskolben. Dadurch können mehrere verschiedene Werkstoffe verwendet werden, welche bspw. Gewicht sparen und kostengünstiger sind.
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Der Ring ist durch eine Presspassung mit der Verriegelungskulisse fest verbunden.
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In einer bevorzugten Ausbildung weist die Verriegelungskulisse ein topfförmiges Einsatzteil auf, welches in einer Öffnung des Antriebselements aufgenommen ist und mit einem Verriegelungskolben in Kontakt gebracht werden kann. Die Verriegelungskulisse ist hierbei als Einzelteil ausgebildet und ist mit dem Antriebselement gefügt. Das Einsatzteil wird in die Öffnung des Antriebselements gesteckt. In die Topfform der als Einsatzteil ausgebildeten Verriegelungskulisse kann der Verriegelungskolben einriegeln. Der Boden des topfförmigen Einsatzteiles ragt in axialer Richtung über die Begrenzungsfläche des integrativ mit dem Antriebselement ausgebildeten Deckels hinaus.
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Das topfförmige Einsatzteil ist durch eine Presspassung mit der Öffnung des Antriebselements verbunden. Die Öffnung ist als Sacklochbohrung oder Durchgangsöffnung ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Ring bzw. das topfförmige Einsatzteil einen auskragenden Bund auf, mit dem der Ring bzw. das topfförmige Einsatzteil in axialer Richtung festgelegt ist. Wird der Ring bzw. das topfförmige Einsatzteil mit der Verriegelungskulisse bzw. mit der Öffnung des Antriebselements gefügt, so ist durch den Bund sichergestellt, dass eine definierte axiale Position erreicht und eingehalten wird.
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In einer Ausbildung der Erfindung ist der Bund auf der Innenseite des topfförmigen Antriebselements angeordnet. Vorteilhafterweise kann sich der Bund am Antriebselement abstützen, wenn ein Hydraulikmitteldruck auf die Verriegelungskulisse wirkt.
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In einer vorteilhaften Ausbildung weist der Ring bzw. das topfförmige Einsatzteil am Außenumfang eine Verankerungsstruktur auf. Die Verankerungsstruktur ist in Form einer umlaufenden Riffelung oder in Form eines Rändels ausgebildet. Die Verankerungsstruktur erhöht die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen dem Ringe und der Verriegelungskulisse bzw. zwischen dem topfförmigen Einsatzteil und der Öffnung.
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Der Innendurchmesser des Ringes bzw. des topfförmigen Einsatzteils kann zum Außendurchmesser exzentrisch angeordnet sein. Durch Drehung des Ringes bzw. des topfförmigen Einsatzteils kann der Innendurchmesser und somit die Aufnahme für den Verriegelungskolben zu diesem fluchtend eingestellt werden, wodurch sich das Verriegelungsspiel nachträglich justieren lässt. Hierbei weist der Ring bzw. das topfförmige Einsatzteil eine Ausnehmung zum Eingriff eines Justierwerkzeugs auf, bspw. eine Nut oder ein Schlitz. Vorteilhafterweise ist diese Ausnehmung von der äußeren Bodenfläche des topfförmigen Einsatzteils ausgebildet, damit auch nach erfolgter Montage des gesamten Nockenwellenversteller ein Verriegelungsspiel gemessen und ggf. justiert werden kann.
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Ein Antriebselement kann mehrere Verriegelungskulissen mit den vorgenannten Ausbildungen aufweisen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Antriebselements und seiner Verriegelungskulisse wird sowohl eine bauraumreduzierte Anordnung als auch eine Reduzierung des Gewichts erreicht.
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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 Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Antriebselements eines Nockenwellenverstellers,
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2 eine Detailansicht auf die Verriegelungskulisse eines erfindungsgemäßen Antriebselements eines Nockenwellenverstellers,
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3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils mit einem Bund,
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4 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils mit einer Verankerungsstruktur,
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5 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils mit einer exzentrischen Ausbildung des Innendurchmessers zum Außendurchmesser und
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6 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils mit einer exzentrischen Ausbildung des Innendurchmessers zum Außendurchmesser.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Antriebselements 1 eines Nockenwellenverstellers.
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Das Antriebselement 1 weist einen topfförmigen Aufbau auf. Am Außenumfang des Antriebselements 1 ist eine mit dem Antriebselement 1 integral ausgebildete Verzahnung 18 angeordnet. Das topfförmige und vorzugsweise als Sinterteil ausgebildete Antriebselement 1 weist zudem einen Boden 6 auf, welcher koaxial zur Drehachse 20 des Nockenwellenverstellers und des Antriebselements 1 eine Zentralöffnung 19 hat. Die Zentralöffnung 19 kann von einer Nockenwelle durchdrungen werden und mit einem innerhalb der zentralen Aufnahme 3 angeordneten Abtriebselement drehfest befestigt werden. Das Antriebselement 1 und das nicht dargestellte Abtriebselement bilden mit weiteren Bauteilen einen Nockenwellenversteller in Form eines Flügelzellenverstellers.
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Vom Boden 6 des Antriebselements 1 ist eine Verriegelungskulisse 4 ausgebildet. Die Verriegelungskulisse 4 ist ragt über die der Innenseite 12 abgewandten Stirnfläche des Bodens 6 in axialer Richtung 5 hinaus. Die Verriegelungskulisse 4 weist eine Öffnung 10 auf, in welcher ein als Einlegeteil 7 ausgebildeter Ring 8 eingesetzt ist. Der vom Ring 8 ausgebildete Innenumfang 15 und Außenumfang 13 sind koaxial zueinander angeordnet. Der Ring 8 ist mit der Öffnung 10 verliersicher gefügt, bspw. durch eine Presspassung. Die Öffnung 10 ist nicht durchgängig ausgebildet, wodurch der Ring 8 an einem von dem Antriebselement 1 ausgebildeten Boden 16 der Verriegelungskulisse 4 anliegt. Der Boden 16 und der Boden 6 weisen nahezu die gleiche Wandstärke in axialer Richtung 5 auf, wodurch sich ein als Sinterteil ausgebildetes Antriebselement 1 mit der Öffnung 10, der Verzahnung 18 leicht herstellen lässt.
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2 zeigt eine Detailansicht auf die Verriegelungskulisse 4 eines erfindungsgemäßen Antriebselements 1 eines Nockenwellenverstellers.
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Im Unterschied zur 1 ist die Verriegelungskulisse 4 von einem topfförmigen Einsatzteil 9 ausgebildet, welches den Boden 16 hat. Die Öffnung 10 des Antriebselements 1 ist in 2 durchgängig ausgebildet und nimmt das topfförmige Einsatzteil 9 an seinem Außenumfang 13 auf. Zur Festlegung des axialen Position zwischen topfförmigen Einsatzteil 9 und Antriebselement 1 weist das topfförmige Einsatzteil 9 einen Bund 11 auf. Dieser schließt mit der Innenseite 12 bündig ab. Das bündige Abschließen kann durch einen Fertigungsschritt bei gefügtem topfförmigen Einsatzteil ausgebildet sein. Der Boden 6 weist somit eine durchgehend plane Innenseite 12 sowie eine der Innenseite 12 in axialer Richtung 5 gegenüberliegende Außenseite auf. Der Boden 16 des topfförmigen Einsatzteils 9 ragt über diese Außenseite hinaus.
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3 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils 9 mit einem Bund 11.
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Das in 3 gezeigte topfförmige Einsatzteil 9 entspricht der Ausführung nach 2. Der Innendurchmesser des Innenumfangs 15 und der Außendurchmesser des Außenumfangs 13 sind koaxial zueinander angeordnet. Deutlich erkennbar ist nun der Bund 11, welcher vorteilhafterweise radial abkragend und umlaufend ausgebildet ist, um die axiale Position zwischen topfförmigen Einsatzteil 9 und Antriebselement 1 festzulegen. Vorteilhafterweise kann das topfförmigen Einsatzteil durch ein umformendes Fertigungsverfahren, bspw. Tiefziehen oder Fließpressen, ausgebildet sein. Etwaige Nachbearbeitungen am Innenumfang 15 oder am Außenumfang 13 können stattfinden.
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4 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils 9 mit einer Verankerungsstruktur 14.
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Das topfförmige Einsatzteil 9 weist an seinem Außenumfang 13 eine Verankerungsstruktur 14 auf, welche mit der Öffnung 10 des Antriebselements 1 in Eingriff kommen kann. Diese Ausbildung der Verankerungsstruktur ermöglicht ein Fügen aus der Richtung der der Innenseite 12 abgewandten Seite des Antriebselements 1. Vorteilhafterweise wird, wenn ein Verriegelungskolben in den Innenumfang 15 eingreift und ggf. der Verriegelungskolben selbst oder ein Hydraulikmitteldruck zum Entriegeln gegen den Boden 16 drückt, die definiert Position des topfförmigen Einsatzteils 9 zum Antriebselement 1 beibehalten, da die Verankerungsstruktur 14 die hierbei entstehenden Kräfte abstützt.
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Die Verankerungsstruktur 14 ist als Vielzahl keilförmiger und umlaufender Stege ausgebildet. Alternativ kann die Verankerungsstruktur als Rändel oder als Vielzahl keilförmiger, nicht umlaufender Stege ausgebildet sein.
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5 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils 9 mit einer exzentrischen Ausbildung des Innendurchmessers zum Außendurchmesser.
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Der Innendurchmesser des Innenumfangs 15 ist zum Außendurchmesser des Außenumfangs 13 nicht koaxial angeordnet. Deren Mittelachsen weisen einen Versatz x auf.
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6 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines topfförmigen Einsatzteils 9 mit einer exzentrischen Ausbildung des Innendurchmessers zum Außendurchmesser.
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Der in 6 dargestellte Schnitt ist der Ausbildung des topfförmigen Einsatzteils in 5 abgeleitet. Weiter erkennbar ist eine Verankerungsstruktur 14, welche als Vielzahl keilförmiger und umlaufender Stege ausgebildet ist. Zudem ist der Versatz x verdeutlicht. Ferner weist der Boden 16 an seiner Außenseite eine Nut 17 auf. Mittels dieser Nut 17 kann das topfförmige Einsatzteil 9 in der Öffnung 10 des Antriebselement 1 um seine eigene Achse gedreht werden, wodurch sich durch den Versatz x der Innenumfang 15 relativ zu einem Verriegelungskolben fluchtend oder zur Minimierung eines Verriegelungsspiels justieren lässt. Umgeachtet der drehenden Justierung sichert die Verankerungsstruktur 14 die axiale Position zwischen dem topfförmigen Einsatzteil 9 und dem Antriebselement 1. Somit ist eine einstellbare und leicht herstellbare Verriegelungskulisse 4 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebselement
- 2
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- 3
- zentrale Aufnahme
- 4
- Verriegelungskulisse
- 5
- axiale Richtung
- 6
- Boden
- 7
- Einlegeteil
- 8
- Ring
- 9
- topfförmiges Einsatzteil
- 10
- Öffnung
- 11
- Bund
- 12
- Innenseite
- 13
- Außenumfang
- 14
- Verankerungsstruktur
- 15
- Innenumfang
- 16
- Boden
- 17
- Nut
- 18
- Verzahnung
- 19
- Zentralöffnung
- 20
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10217062 A1 [0007]
- DE 10217062 [0007]
