DE102013207383B4

DE102013207383B4 - Nockenwellenverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE102013207383B4
Application number: DE102013207383.6A
Authority: DE
Inventors: Boris Pütz; Ali BAYRAKDAR
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN105164379B; US9689284B2; CN105164379A; DE102013207383A1; WO2014173396A1; US20160069224A1

Abstract

Nockenwellenverstelleinrichtung mit-einer Nockenwelle (1), und-einem Nockenwellenversteller (2) mit-einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator (5) und-einem in dem Stator (5) drehbar gelagerten, mit der Nockenwelle (1) verbindbaren Rotor (4), und-einer Spanneinrichtung (3) zum Verspannen des Rotors (4) mit der Nockenwelle (1), und-einem sowohl Axial- als auch Radialkräfte aufnehmenden Wälzlager (6) zur Lagerung der Nockenwellenverstelleinrichtung in einem feststehenden Gehäuse (11), dadurch gekennzeichnet, dass-der Rotor (4) mittels der Spanneinrichtung (3) über einen Innenring (12) oder einen Außenring (13) des Wälzlagers (6) an der Nockenwelle (1) verspannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Eine gattungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 979 582 B1 bekannt. Die Nockenwellenverstelleinrichtung umfasst eine Nockenwelle und einen Nockenwellenversteller, welcher in seinem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor aufweist. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Druckräumen unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Arbeitskammern entgegengesetzter Wirkrichtung unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Arbeitskammern mit einem Druckmittel wird der Rotor dann gegenüber dem Stator und damit auch die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt.
Der Nockenwellenversteller ist in einer bewährten Ausführungsform über eine Zentralschraube mit der Nockenwelle verspannt, welche dazu durch eine zentrale Öffnung des Rotors eingeführt und in ein Innengewinde der Nockenwelle eingeschraubt wird. Zur Lagerung der verspannten Baugruppe aus der Nockenwelle und dem Nockenwellenversteller in einem feststehenden Gehäuse, werden üblicherweise axiale und radiale Gleitlagerungen verwendet.
Ferner ist es aus der DE 10 2010 005 603 A1 bekannt, die Nockenwelle zusammen mit dem Nockenwellenversteller mit einem Kugellager in einem Gehäuse zu lagern. Das Kugellager ist mit seinem Innenring auf einem fest mit der Nockenwelle verbundenen Gehäuseelement angeordnet. Ferner liegt das Kugellager mit dem Außenring an einem Antriebselement an und ist über einen Sprengring gegen ein Herausrutschen gesichert.
Aus der EP 2 326 804 B1 ist außerdem ein Nockenwellenversteller mit einem Wälzlager bekannt, bei dem der Innenring des Wälzlagers auf der Nockenwelle und der Außenring in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Der Innenring ist in Axialrichtung nicht gegenüber der Nockenwelle gesichert, so dass es sich dabei offensichtlich um ein Loslager handelt. Eine Axiallagerung ist nicht zu erkennen, muss aber dennoch zwingend vorgesehen werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einer Nockenwelle und einem Nockenwellenversteller mit einer vereinfachten Axial- und Radiallagerung zu schaffen.
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß dem Grundgedanken der Erfindung vorgeschlagen, dass der Rotor mittels der Spanneinrichtung über einen Innenring oder einen Außenring des Wälzlagers an der Nockenwelle verspannt ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Lagerung der Nockenwellenverstelleinrichtung erheblich vereinfacht werden, da durch die Verspannung des Rotors über den Innen- oder Außenring des Wälzlagers Axialkräfte in das Wälzlager eingeleitet werden können, so dass das Wälzlager zusätzlich zu der Radiallagerung auch zur Axiallagerung genutzt wird. Damit kann die bisher erforderliche zusätzliche Axiallagerung entfallen.
Dabei kann die Verspannung besonders einfach realisiert werden, wenn der Innenring oder der Außenring, über den der Rotor verspannt ist, axial länger als der Innenring oder Außenring ist, welcher gehäusefest gehalten ist. Der axial längere Innen- oder Außenring bildet dadurch eine axial vorstehende Klemmfläche aus, über die der Innen- oder Außenring verspannt werden kann, ohne dass dabei der jeweils gehäusefest gehaltene Innen- oder Außenring mit eingespannt wird.
Ferner kann auch der Rotor wenigstens einen axialen Fortsatz aufweisen, mit dem der Rotor an dem Innenring oder Außenring anliegt. Der axiale Fortsatz dient demselben Zweck, nämlich der Schaffung einer axial vorstehenden Klemmfläche, so dass der Innen- und Außenring des Wälzlagers eine identische axiale Länge aufweisen können.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Wälzlager ein Kugellager ist. Kugellager sind eine sehr kostengünstige Ausführungsform eines sowohl Axial- als auch Radialkräfte aufnehmenden Wälzlagers, da die Kugeln sowohl Axial- als auch Radialkräfte übertragen können. Damit reicht in dem Wälzlager ein Ring von Wälzkörper aus, um die Funktion zu erfüllen. Durch die Verwendung eines einzigen Ringes von Wälzkörpern ist ferner der erforderliche Bauraum zur Anordnung des Wälzlagers sehr gering.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Spanneinrichtung durch eine Zentralschraube gebildet ist. Durch die Zentralschraube kann eine sehr gleichmäßige Verspannung des Rotors verwirklicht werden, welche zudem montagefreundlich durch einen einzigen Einschraubvorgang vorgenommen werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an der Nockenwelle ein drehfest befestigter Gewindeeinsatz vorgesehen ist, in den die Zentralschraube eingeschraubt ist, und auf dem ein Lagersitz zur Anordnung des Wälzlagers vorgesehen ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann für die Nockenwelle selbst ein Rohr zur Herstellung verwendet werden, in welches der Gewindeeinsatz dann z.B. eingeschraubt oder eingeschweißt ist. Die Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle erfolgt dann über den Gewindeeinsatz, welcher außerdem den zur Lagerung der Nockenwellenverstelleinrichtung erforderlichen Lagersitz zur Anordnung des Wälzlagers aufweist. Damit sind die wesentlichen erforderlichen Funktionsflächen an dem Gewindeeinsatz ausgebildet, und die Nockenwelle selbst muss zumindest an diesem Ende nicht weiter bearbeitet werden.
Der Lagersitz kann dabei gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf einem in Richtung des Rotors gerichteten Ringfortsatz des Gewindeeinsatzes angeordnet sein, wobei der Ringfortsatz in der axialen Länge derart bemessen ist, dass zwischen der Stirnseite des Ringfortsatzes und dem Rotor ein Spalt vorgesehen ist. Durch die Bemessung des Ringfortsatzes kann verhindert werden, dass der Rotor statt über den Innen- oder Außenring verspannt zu werden, vorher an der Stirnseite des Gewindeeinsatzes zu Anlage gelangt, und damit zwischen der Spanneinrichtung und dem Gewindeeinsatz verspannt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Axialkräfte in jedem Fall in das Wälzlager eingeleitet werden, was wiederum für eine eindeutig definierte Lagerung der Nockenwellenverstelleinrichtung von Vorteil ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren im Einzelnen:

1: eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einer Nockenwelle und einem Nockenwellenversteller gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2: eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einer Nockenwelle und einem Nockenwellenversteller gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle 1 und einem Nockenwellenversteller 2 zu erkennen. Der Nockenwellenversteller 2 umfasst einen von einer Kurbelwelle antreibbaren Stator 5 und einen drehfest mit der Nockenwelle 1 verbindbaren Rotor 4. An dem Stator 5 ist ein Treibrad 8 vorgesehen, welches zur Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle von einem Endloszugmittel umschlungen ist. Statt des Treibrades 8 kann auch eine Verzahnung vorgesehen sein, je nachdem ob zur Übertragung der Drehbewegung als Endloszugmittel eine Kette, ein Zahnriemen oder ein Riemen ohne eine Verzahnung vorgesehen ist. Der Stator 5 weist ferner eine Mehrzahl von Statorstegen mit darin angeordneten Durchgangsbohrungen auf, welche einen zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 4 vorhandenen Ringraum in mehrere Druckräume unterteilen. Der Rotor 4 weist eine Mehrzahl von Flügeln auf, die sich radial nach außen bis zu der Innenwandung des Stators 5 erstrecken und die Druckräume in jeweils zwei Arbeitskammern unterschiedlicher Wirkrichtung unterteilen. Ferner ist ein erster Dichtdeckel 10 vorgesehen, welcher ebenfalls Durchgangsöffnungen aufweist, und mit Befestigungsschrauben 9 durch die Durchgangsbohrungen des Stators 1 in Gewindeeinsätzen 20 eines gegenüberliegend angeordneten zweiten Dichtdeckels 19 verschraubt wird, so dass die Dichtdeckel 10 und 19 zusammen mit dem Stator 5 anschließend einen drehfesten Verbund bilden. Die Arbeitskammern sind während des Betriebes der Brennkraftmaschine zumindest nach einer bestimmten Anlaufphase mit Druckmittel gefüllt, wodurch die Drehbewegung des Stators 5 auf den Rotor 4 und damit auch die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 1 übertragen wird.
Ferner ist ein Gewindeeinsatz 7 drehfest mit der Nockenwelle 1 verbunden, welcher z.B. mit der Nockenwelle 1 verschweißt oder verschraubt ist. Der Gewindeeinsatz 7 weist ein Innengewinde auf, in welches eine Spanneinrichtung 3 in Form einer Zentralschraube zum Verspannen des Rotors 4 mit der Nockenwelle 1 eingeschraubt ist. Der Gewindeeinsatz 7 umfasst ferner einen Ringfortsatz 17 mit einem radial außen daran vorgesehenen Lagersitz 16, auf dem ein Wälzlager 6 mit einem Innenring 12 angeordnet ist. Das Wälzlager 6 ist mit einem Außenring 13 in einer Lageraufnahme eines feststehenden Gehäuses 11 gehalten und dient damit der Lagerung der Nockenwellenverstelleinrichtung gegenüber dem Gehäuse 11. Das Gehäuse 11 kann z.B. ein Zylinderkopf oder eine Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine sein.
Gemäß dem ersten in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiels umfasst der Rotor einen sich durch eine mittige Öffnung des ersten Dichtdeckels 10 erstreckenden Fortsatz 15, mit dem er in der Darstellung linksseitig an dem Innenring 12 des Wälzlagers 6 anliegt. Der Innenring 12 stützt sich ferner rechtsseitig an einem Klemmflansch 14 des Gewindeeinsatzes 7 ab. Der Ringfortsatz 17 des Gewindeeinsatzes 7 ist in der Länge derart bemessen, dass zwischen der Stirnseite des Ringfortsatzes 17 und dem Rotor 4 ein Spalt 18 vorhanden ist. Aufgrund des Spaltes 18 stützt sich der Rotor 4 beim Verspannen über die Zentralschraube ausschließlich über den Fortsatz 15 an dem Innenring 12 des Wälzlagers 6 ab, welcher sich wiederum über den Klemmflansch 14 des Gewindeeinsatzes 7 an der Nockenwelle 1 abstützt. Dadurch wird der Rotor 4 über den Innenring 12 des Wälzlagers 6 gegenüber der Nockenwelle 1 verspannt, und die auftretenden Axialkräfte werden über das Wälzlager 6 in das Gehäuse 11 eingeleitet. Der Innenring 12 und der Außenring 13 des Wälzlagers 6 sind mit einer identischen axialen Länge ausgeführt, es kann somit ein Wälzlager 6 herkömmlicher Bauart verwendet werden.
Gemäß der zweiten in der 2 dargestellten Ausführungsform weist der Innenring 12 eine größere axiale Länge als der Außenring 13 auf, so dass der Fortsatz 15 an dem Rotor 4 entfallen kann oder entsprechend kürzer ausgebildet sein kann. Wichtig für die erfindungsgemäße Lösung ist nur, dass sich der Rotor 4 an dem Innenring 12 des Wälzlagers 6 abstützt, wobei auch zusätzliche zwischengeordnete Bauteile vorhanden sein können.
Das Wälzlager 6 ist bevorzugt durch ein ein- oder zweireihiges Kugellager gebildet, welches sowohl zur Übertragung von Radialkräften als auch zur Übertragung von Axialkräften in das Gehäuse 11 geeignet ist. Dabei ist ein einreihiges Kugellager aus Kostengründen und Bauraumgründen besonders bevorzugt, sofern das Kugellager die auftretenden Axialkräfte der Höhe nach aufnehmen kann.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
2: Nockenwellenversteller
3: Spanneinrichtung
4: Rotor
5: Stator
6: Wälzlager
7: Gewindeeinsatz
8: Treibring
9: Befestigungsschraube
10: Erster Dichtdeckel
11: Gehäuse
12: Innenring
13: Außenring
14: Klemmflansch
15: Fortsatz
16: Lagersitz
17: Ringfortsatz
18: Spalt
19: Zweiter Dichtdeckel
20: Gewindeeinsatz

Claims

Nockenwellenverstelleinrichtung mit -einer Nockenwelle (1), und -einem Nockenwellenversteller (2) mit -einem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Stator (5) und -einem in dem Stator (5) drehbar gelagerten, mit der Nockenwelle (1) verbindbaren Rotor (4), und -einer Spanneinrichtung (3) zum Verspannen des Rotors (4) mit der Nockenwelle (1), und -einem sowohl Axial- als auch Radialkräfte aufnehmenden Wälzlager (6) zur Lagerung der Nockenwellenverstelleinrichtung in einem feststehenden Gehäuse (11), dadurch gekennzeichnet, dass -der Rotor (4) mittels der Spanneinrichtung (3) über einen Innenring (12) oder einen Außenring (13) des Wälzlagers (6) an der Nockenwelle (1) verspannt ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass -der Innenring (12) oder der Außenring (13), über den der Rotor (4) verspannt ist, axial länger als der Innenring (12) oder Außenring (13) ist, welcher gehäusefest gehalten ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass -der Rotor (4) wenigstens einen axialen Fortsatz (15) aufweist, mit dem der Rotor (4) an dem Innenring (12) oder Außenring (13) anliegt.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -das Wälzlager (6) ein Kugellager ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass -die Spanneinrichtung (3) durch eine Zentralschraube gebildet ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass -an der Nockenwelle (1) ein drehfest befestigter Gewindeeinsatz (7) vorgesehen ist, in den die Zentralschraube eingeschraubt ist, und auf dem ein Lagersitz (16) zur Anordnung des Wälzlagers (6) vorgesehen ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass -der Lagersitz (16) auf einem in Richtung des Rotors (4) gerichteten Ringfortsatz (17) des Gewindeeinsatzes (7) angeordnet ist, und der Ringfortsatz (17) in der axialen Länge derart bemessen ist, dass zwischen der Stirnseite des Ringfortsatzes (17) und dem Rotor (4) ein Spalt (18) vorgesehen ist.