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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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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antriebselement eines Nockenwellenverstellers sowie einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement anzugeben, wobei die Leistungsfähigkeit erhöht und das Gewicht reduziert ist.
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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 von einem Steuertrieb antreibbar ausgebildet ist, das Antriebselement einen radial zur Drehachse gerichteten Flügel aufweist, wobei der Flügel zwei Flächen hat, deren Normalenvektor jeweils in Umfangsrichtung orientiert ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest einer der beiden Flächen parallel und beabstandet zu einer Hilfslinie ist, welche die Drehachse schneidet und orthogonal zur Drehachse angeordnet ist.
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Das Antriebselement kann eine Aufnahme für ein Abtriebselement aufweisen, welches mit einer Nockenwelle verbindbar ist. Weiter kann das Antriebselement als Antriebsrad, bspw. Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgebildet sein. Das Antriebselement kann aus mehreren Bauteilen ausgebildet sein, bspw. einem ersten Bauteil mit einer Aufnahme für ein Abtriebselement und einem mit dem ersten Bauteil drehfest verbundenen zweiten Bauteil, welches als Antriebsrad ausgebildet ist.
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Hierdurch wird erreicht, dass der Verstellwinkel eines Nockenwellenverstellers erhöht wird und zugleich das Gewicht des Antriebselement und somit auch des Nockenwellenversteller reduziert ist. Ferner wird die Lagerfläche zur Lagerung des Abtriebselements bzw. dessen Nabe erhöht, wobei sich der Verstellwinkel optimieren lässt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Flügel mit dem Antriebselement einteilig ausgebildet. Diese integrative Ausbildung des Flügels vom Antriebselement ist vorteilhaft hinsichtlich der Stabilität. Weiter kann das Antriebselement bevorzugt als Sinterteil ausgebildet sein, wodurch sich der Flügel leicht ausformen lässt. Etwaige Nachbearbeitungen am Antriebselement und am Flügel können nach dem Sinterprozess erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Wurzel des Flügels einen Hinterschnitt auf. Die Wurzel kann in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung hinerschnitten sein. Ein Hinterschnitt kann die Fläche des Flügels als Anschlagfläche begrenzen und Kerbspannungen reduzieren. Die Anschlagfläche kann sich als Anschlagkissen in die mit dem Abtriebselement ausgebildete Arbeitskammer hinein erstrecken. Um das Anschlagskissen kann dann Hydraulikmittel fließen, um den Flügel des Abtriebselements vom Kontakt mit dem Flügel bzw. dem Anschlagkissen des Antriebselements zu lösen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Flügel eine Durchgangsöffnung für eine Befestigungsschraube auf.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Flügel zum Antriebselement separat ausgebildet und ist in eine vom Antriebselement ausgebildete Aufnahme eingesteckt. Die Aufnahme ist vorteilhafterweise als axiale Nut ausgebildet und der Flügel als dünnwandiges Bauteil, vorzugsweise aus Blech. Das dünnwandige Bauteil weist so die zumindest eine Fläche auf, welche parallel und beabstandet zu der Hilfslinie ist. Die Aufnahme kann sich dabei radial in das Antriebselement hinein erstrecken, wobei die Aufnahme auf die Drehachse gerichtet ist oder in seiner Erstreckungsrichtung windschief zur Drehachse angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausbildung sind beide Flächen parallel zueinander und beide beabstandet zu dieser Hilfslinie angeordnet. Der Abstand der einen Fläche ist vom Abstand der anderen Fläche verschieden und sind somit asymmetrisch zur Hilfslinie angeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausbildung sind die beiden Flächen parallel zueinander und beide beabstandet zur Hilfslinie angeordnet, wobei die Hilfslinie die Symmetrielinie der beiden Flächen ist. Der Abstand der einen Fläche ist vom Abstand der anderen Fläche gleich. Die Symmetrielinie kann einen Abstand zur der Drehachse aufweisen und diese somit alternativ nicht schneiden.
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Weiter ist ein Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement vorgeschlagen, wobei der Nockenwellenversteller ferner ein Abtriebselement aufweist, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement koaxial zur Drehachse des Nockenwellenverstellers angeordnet sind, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement mehrere, radial gerichtete Flügel aufweisen, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement gegensätzlich wirkende Arbeitskammern ausbilden, wobei jede Arbeitskammer durch ein Flügelpaar aus einem Flügel des Antriebselements mit einem Flügel des Abtriebselementes definiert ist und die Arbeitskammern mit Hydraulikmittel druckbeaufschlagbar sind, um eine relative Verdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement zu erreichen.
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In einer Ausbildung ist die Anschlagfläche für einen Flügels des Abtriebselement von dem Flügel des Antriebselement ausgebildet, wobei diese Anschlagfläche die bzw. eine der zur Hilfslinie parallele bzw. parallelen Fläche ist.
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In einer vorteilhaften Ausbildung des Nockenwellenverstellers mit dem Antriebselement weist jeder Flügel zumindest eine dieser zur Hilfslinie parallelen Flächen auf. Bevorzugterweise weist jeder Flügel beide zueinander parallelen Flächen auf.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann der Verstellwinkel eines Nockenwellenverstellers erhöht werden und zugleich das Gewicht des Antriebselement und somit auch des Nockenwellenversteller reduziert werden. Weiter kann die Lagerfläche zur Lagerung des Abtriebselements bzw. dessen Nabe erhöht werden, wobei sich der Verstellwinkel optimieren lässt.
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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 erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers mit einem erfindungsgemäßen Antriebselement.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 10 mit einem erfindungsgemäßen Antriebselement 1.
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Das Antriebselement 1 ist als, aus dem Stand der Technik bekannter, Stator mit Flügeln 3 ausgebildet. Das Antriebselement 1 weist eine integrativ ausgebildete Verzahnung 17 auf, welche mit einem Steuertrieb in Eingriff gebracht werden kann. Koaxial zum Antriebselement 1 und somit auch zur Drehachse 2 eines Nockenwellenverstellers 10 ist ein Abtriebselement 11 angeordnet.
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Die Drehachse 2 steht senkrecht zur Zeichnungsebene. Vor der Drehachse 2 erstrecken sich Hilfslinien 9 strahlenförmig vom Zentrum des Nockenwellenverstellers 10 weg.
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Das Antriebselement 1 und das Abtriebselement 11 haben jeweils vier sich radial erstreckende Flügel 3 und 13. Diese Flügel 3 und 13 bilden gegenseitig wirkenden Arbeitskammern A, B aus, welche bspw. durch Befüllen mit Hydraulikmittel eine relative Verdrehung des Antriebselement 1 zum Abtriebselement 11 um die Drehachse 2 in Umfangsrichtung 5 erzeugen.
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Die vier sich strahlenförmig erstreckenden Hilfslinien 9 sind zugleich Symmetrielinien der Flügel 3 des Antriebselements 1. Die Flügel 3 weisen Flächen 4 auf, deren Normalenvektor V in Umfangsrichtung 5 orientiert ist. Hierbei sei lediglich die Orientierung des Normalenvektors V von anschaulichem Interesse; weniger deren Betrag.
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Die Flächen 4 eines jeden Flügels 3 sind parallel zueinander und symmetrisch zur jeweiligen Symmetrielinie bzw. Hilfslinie 9 angeordnet. Somit besitzt jede Fläche 4 eines Flügels 3 denselben Abstand zur Hilfslinie 9. Da die Flächen 4 eines Flügels 3 zueinander parallel angeordnet sind, sind die Normalenvektoren V der Flächen 4 eines Flügels 3 auch parallel zueinander.
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Weiter hat jeder Flügel 3 eine Durchgangsöffnung 7, welche von einer Befestigungsschraube 16 durchdrungen ist.
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Zwischen den Flächen 4 eines Flügels 3 schließt der Flügel 3 mit seiner zur Drehachse 2 hin gerichteten Seite mit einer Lagerfläche 8 zur Lagerung des Abtriebselement 11 ab. Durch die parallele Anordnung der Flächen 4 ist diese Lagerfläche 8 vergrößert, so dass vorteilhafterweise die Tragfähigkeit erhöht ist.
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Die Wurzel eines jeden Flügels 3 weist ebenfalls symmetrisch zur jeweiligen Hilfslinie 9 angeordnete Hinterschnitte 6 auf. Diese Hinterschnitte 6 begrenzen die Flächen 4 in radialer Richtung.
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Das Abtriebselement 11 hat an einem einzigen Flügel 13, hier der Flügel 13 auf der 5-Uhr-Position, einen Anschlag ausgebildet, mit dem eine Anschlagfläche 14 eines benachbarten Flügel 3 des Antriebselements 1 kontaktierbar ist. Der Flügel 13 ist ebenfalls symmetrisch ausgebildet und weist in beiden Verstellrichtungen des Abtriebselements 11 einen derartigen Anschlag auf. Der diesen „Anschlagsflügel” 13 diametral gegenüberliegenden Flügel 13 weist eine Durchgangsöffnung 15 auf, welche einen Verriegelungskolben zum Sperren des Abtriebselements 11 mit dem Antriebselement 1 aufnimmt. Dieser Flügel 13 kommt in keinen Kontakt mit einem seiner benachbarten Flügel 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebselement
- 2
- Drehachse
- 3
- Flügel
- 4
- Fläche(n)
- 5
- Umfangsrichtung
- 6
- Hinterschnitt
- 7
- Durchgangsöffnung
- 8
- Lagerfläche
- 9
- Hilfslinie
- 10
- Nockenwellenversteller
- 11
- Abtriebselement
- 12
-
- 13
- Flügel
- 14
- Anschlagfläche
- 15
- Durchgangsöffnung
- 16
- Befestigungsschraube
- 17
- Verzahnung
- A
- Arbeitskammer
- B
- Arbeitskammer
- V
- Normalenvektor
