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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 einer 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 10 2010 008 003 A1 zeigt ein Zellenrad, wobei die Umfangswand, das Antriebsrad, die Vorsprünge und der Dichtdeckel einteilig ausgebildet sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement anzugeben, wobei das Antriebselement einen besonders einfachen Aufbau und eine besonders einfache Herstellung aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird durch einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement, wobei das Antriebselement als ein topfförmiger Grundkörper ausgebildet ist und der Boden des topfförmigen Grundkörpers eine zentrale Durchgangsöffnung aufweist und innerhalb des Antriebselements ein mit einer Nockenwelle drehfest verbindbares Abtriebselement aufgenommen ist sowie eine Verzahnung einteilig mit dem topfförmigen Grundkörper ausgebildet ist, welche mit einem Steuertrieb in Eingriff gebracht werden kann, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass diese Verzahnung relativ zum Boden des topfförmigen Grundkörpers axial derart versetzt positioniert ist, dass die Verzahnung teilweise oder vollständig außerhalb des topfförmigen Grundkörpers angeordnet ist.
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Durch die einmaterialige Ausbildung des Antriebselements können vorteilhafterweise Deformationen während des Betriebs des Nockenwellenverstellers reduziert werden, wobei das Antriebselement in sich stabiler ausgebildet ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Boden als Deckelelement ausgebildet und auf derjenigen Seite des Nockenwellenverstellers angeordnet, die der Nockenwellenanschlussstelle entspricht.
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Das Antriebselement hat somit einen topfförmigen Grundkörper und durch die Ausbildung in Topfform ist integrativ ein Deckelelement ausgebildet. Ferner ist integrativ mit dem topfförmigen Grundkörper eine Verzahnung ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verzahnung über die Begrenzungsfläche derjenigen Seite des Nockenwellenverstellers hinaus versetzt angeordnet, die der Nockenwellenanschlussstelle entspricht, wobei die Verzahnung die Nockenwellenanschlussstelle umragt.
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Hierbei ist vorteilhaft, dass durch die Platzierung der Verzahnung über die Stirnseite des Deckelelementes hinaus in Richtung der der Aufnahme für das Abtriebselement abgewandten Seite des Antriebselements das Antriebselement hinsichtlich seines Schwerpunktes ausgewogen ausgebildet ist. Insbesondere durch die axiale, aufeinanderfolgende Anordnung von der Aufnahme für das Abtriebselement, des Deckelelementes und der Verzahnung ist das Antriebselement in sich sehr gut ausbalanciert.
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Hierdurch wird erreicht, dass die Verzahnung, welche nun sehr nah zur Nockenwellenanschlussstelle des Nockenwellenverstellers positioniert ist, besonders bevorzugt mit Steuertrieben in Eingriff gebracht werden kann, die sehr nah am Zylinderkopf bzw. am Kurbelwellengehäuse platziert sind.
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Insbesondere bei Steuertrieben, die einen Primärtrieb und einen Sekundärtrieb aufweisen, ist die Erfindung vorteilhaft. Der Primärtrieb überträgt die Drehung der Kurbelwelle auf eine Nockenwelle, während der Sekundärtrieb die Drehung zwischen mehreren Nockenwellen überträgt. So kann bspw. der Sekundärtrieb sehr zylinderkopfnah angeordnet werden und nimmt so nicht unnötig axialen Bauraum des Motors in Anspruch.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Antriebselement aus Sintermaterial oder faserverstärktem Kunststoff ausgebildet.
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Das Antriebselement ist vorteilhafterweise als einstückiges Sinterteil ausgebildet. Es hat als ein einzelnes Bauteil mit einem topfförmigen Grundkörper die Elemente eines einteilig angeformten Deckels, einer einteilig angeformten Aufnahme für ein Abtriebselement und eine einteilig angeformte Verzahnung immanent.
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Alternativ zum Sintermaterial kann das Antriebselement auch aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein, wobei sich analog zur Ausbildung aus Sintermaterial auch Vorteile in der Stabilität und der Schwerpunktsplatzierung ergeben.
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Bei beiden Materialien sind die Herstellungsprozesse einfach und kostengünstig. Die einteilig angeformten Elemente können mit geringerem Aufwand einer Nacharbeit unterliegen, um Funktionsflächen hinsichtlich der Oberflächengenauigkeit oder Festigkeit vorteilhaft zu beeinflussen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verzahnungsgeometrie der Verzahnung für Rollen-, Hülsen, Zahnketten oder Riemen ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausbildung unterliegt die Verzahnung eine vom Rest des Antriebselements verschiedene Wärmebehandlung und weist somit auch eine vom Rest des Antriebselement verschiedene Härte auf. Vorteilhafterweise wird so äußerst wirtschaftlich das Verschleißverhalten insbesondere der sehr hoch beanspruchten Verzahnung optimiert.
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Alternativ kann auch das gesamte Antriebselement ein und derselben Wärmebehandlung unterliegen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist nur die Verzahnung wasserdampfbehandelt ist. Vorteilhafterweise wird mit einer Wasserdampfbehandlung das Verschleißverhalten optimiert.
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Alternativ kann auch das gesamte Antriebselement ein und derselben Wasserdampfbehandlung unterliegen.
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In einer Ausbildung der Erfindung ist nur die Verzahnung mit einer verschleißmindernden Schicht versehen ist. Auf Kohlenstoff basierende Beschichtungen oder ein mit einem Buntmetall infiltriertes Sinterteil kann die Lebensdauer erhöhen.
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Alternativ kann auch das gesamte Antriebselement ein und derselben verschleißmindernden Schicht versehen sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausbildung ragt die Verzahnung über die Lagerbreite des Antriebselements axial hinaus. Bevorzugtermaßen ist dies für eine Lagerung des Antriebselements und somit auch des gesamten Nockenwellenverstellers mittels der zentralen Durchgangsöffnung auf der Nockenwelle vorteilhaft, wobei zugleich das Gewicht am Ende der Nockenwelle (Kopflastigkeit) durch einen montierten Nockenwellenversteller in Richtung Lagerstelle der Nockenwelle verschoben werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein besonders stabiles, leichtes und wirtschaftliches Antriebselement ausgebildet, welches vor allem in sehr begrenzten Bauräumen einsetzbar ist.
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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 einen Nockenwellenversteller nach dem Stand der Technik mit Blick auf das Interieur,
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2 ein Antriebselement des Nockenwellenversteller nach 1 und
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3 ein erfindungsgemäßes Antriebselement eines Nockenwellenverstellers.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Nockenwellenversteller
1 nach dem Stand der Technik (
DE 10 2010 008 003 A1 ) mit Blick auf das Interieur.
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Der Nockenwellenversteller 1 hat ein Antriebselement 2 und eine darin aufgenommenes Abtriebselement 5. Das Antriebselement 2 und das Abtriebselement 5 sind durch die Funktionsweise eines hydraulischen Flügelzellenverstellers bekanntermaßen aus dem Stand der Technik zueinander verdrehbar.
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Das Antriebselement 2 hat einen topfförmigen Grundkörper und ist in axialer Richtung durch zwei als Stirnflächen ausgebildete Begrenzungsflächen 8 und 7 begrenzt, wobei die Begrenzungsfläche 7 auf der gegenüberliegenden Seite der Begrenzungsfläche 8 liegt und hier nicht sichtbar ist.
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Das Antriebselement 2 weist eine nahezu kreisförmig umlaufende Mantelfläche 9 auf, auf welcher eine Verzahnung 6 aufgesetzt ist.
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2 zeigt ein Antriebselement 2 des Nockenwellenversteller 1 nach 1.
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Das Antriebselement 2 nach 1, hier in perspektivischer Ansicht dargestellt, lässt gut erkennen, dass die Verzahnung in ihrer axialen Position zwischen den beiden als Ebenen ausgebildeten Begrenzungsflächen 7 und 8 des topfförmigen Grundkörpers angeordnet ist.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Antriebselement 2 eines Nockenwellenverstellers 1.
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Im Unterscheid zu 2 ist die Verzahnung o derart axial positioniert, dass die axiale Begrenzungsfläche 7 des topfförmigen Grundkörpers des Antriebselements 2, welche zugleich die axiale Begrenzungsfläche 7 des Bodens 3 ist, zwischen den axialen Begrenzungsflächen 10 und 11 der Verzahnung 6 angeordnet ist. Der Boden 3 ist hierbei als Deckelelement ausgebildet. Die axiale Begrenzungsfläche 7 wird somit von einem Absatz 12 umrandet, welcher auf der radialen Position annähernd gleich des radialen Abstandes der Mantelfläche 9 angeordnet ist. Bevorzugterweise lässt sich ein Antriebselement 2 gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung als Sinterteil zuverlässig herstellen. Der Vorteil liegt darin, dass nun die Presswerkzeuge, welche den Grünling verdichten, sich in radialer Richtung nicht überlappen, sondern aneinander vorbeifahren können. So kann ein erstes Presswerkzeug das Material zwischen den Begrenzungsflächen 8 und 7 verdichten, während elf zweites Presswerkzeug das Material der Verzahnung 6 zwischen den Begrenzungsflächen 10 und 11 verdichten kann – vorteilhafterweise können hierbei unterschiedliche Presskräfte eingesetzt werden.
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Alternativ können die Begrenzungsflächen 7 und 11 an ersten Presswerkzeug anliegen, während zwei weitere jeweils die Begrenzungsflächen 8 und 10 kontaktierend gegen dieses ersten Presswerkzeug fahren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Antriebselement
- 3
- Boden
- 4
- Durchgangsöffnung
- 5
- Abtriebselement
- 6
- Verzahnung
- 7
- Begrenzungsfläche
- 8
- Begrenzungsfläche
- 9
- Mantelfläche
- 10
- Begrenzungsfläche
- 11
- Begrenzungsfläche
- 12
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010008003 A1 [0007, 0036]
