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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellanordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller, der ein drehfest mit einer Nockenwelle verbundenes Abtriebshohlrad und ein zumindest mittelbar mit einer Kurbelwelle verbundenes Antriebsrad aufweist, wobei zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebshohlrad ein Stellmechanismus zur Verstellung einer Phasenlage der Nockenwelle gegenüber einer Phasenlage der Kurbelwelle angeordnet ist, wobei ferner die Nockenwelle an mindestens zwei Lagerstellen in der Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist.
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In Brennkraftmaschinen mit mechanischem Ventiltrieb werden die Gaswechselventile von den Nocken einer durch die Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle betätigt. Über eine Änderung der relativen Drehwinkellage zwischen Nocken- und Kurbelwelle kann auf die durch Anordnung und Form der Nocken bestimmten Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile Einfluss genommen werden, wodurch vorteilhafte Effekte erzielbar sind, wie eine Verminderung des Schadstoffausstoßes, eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs und eine Erhöhung von Wirkungsgrad, Maximaldrehmoment und Maximalleistung der Brennkraftmaschine. Für eine Änderung der Drehwinkellage zwischen Kurbel- und Nockenwelle werden in modernen Brennkraftmaschinen spezielle Vorrichtungen, sogenannte Nockenwellenversteller, eingesetzt.
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Allgemein umfassen Nockenwellenversteller ein mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil, ein nockenwellenfestes Abtriebsteil und einen zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil geschalteten Stellmechanismus, durch den das Drehmoment vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil übertragen werden kann und eine Verstellung und Fixierung der Phasenlage zwischen diesen beiden ermöglicht ist. Nockenwellenversteller als solche sind den Fachleuten auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik hinlänglich bekannt und insbesondere in der Patentliteratur ausführlich beschrieben. So sind auf einem hydraulischen Stellmechanismus basierende Nockenwellenversteller beispielsweise in den Druckschriften
DE 20 2005 008 264 U1 ,
EP 1596040 A2 ,
DE 10 2005 013 141 A1 und
DE 19908934 A1 der Anmelderin dargestellt. Nockenwellenversteller, bei denen die Phasenlage zwischen An- und Abtriebsteil durch eine elektromotorisch angetriebene Verstellwelle veränderbar ist, sind beispielsweise in den Druckschriften
DE 10 2004 009 128 A1 ,
DE 10 2005 059 884 und
DE 10 2004 038 681 A1 der Anmelderin beschrieben. Wie insbesondere den oben genannten Druckschriften zu entnehmen ist, werden Nockenwellenversteller in der Regel an einem Ende der Nockenwelle befestigt, beispielsweise mittels einer Zentralschraube, welche das mit einer zentralen Axialbohrung versehene Abtriebsteil durchsetzt und mit einer stirnseitigen Gewindebohrung der Nockenwelle verschraubt ist. Eine solche Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2004 038 681 A1 gezeigt.
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Solche Nockenwellenversteller benötigen meist zusätzlichen axialen Bauraum und sind nicht anwendbar wenn besondere Kundenanforderungen bezüglich Layout und/oder Lage des Antriebsrads bestehen. Darüber hinaus kann es bei solchen Nockenwellenverstellern zu einer hohen Biegebeanspruchung der Nockenwelle kommen.
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Ferner sind Nockenwellenversteller bekannt, die zwischen zwei Nockenwellenlager angeordnet sind, wobei diese in der Regel auf der Nockenwelle aufgeschweißt werden. Das Aufschweißen ist aufwendig und kann zu ungünstigen Verformungen aufgrund thermischer Auswirkungen führen und dadurch Funktionsstörungen hervorrufen.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenwellenverstellanordnung zu schaffen, die eine vereinfachte axiale Sicherung des Nockenwellenverstellers an die Nockenwelle realisiert und zusätzlich kompaktbauend und montagefreundlich ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Erfindungsgemäß ist an einem distalen Ende der Nockenwelle ein zylindrischer Zapfen ausgebildet, der einen geringeren Außendurchmesser als die Nockenwelle aufweist und dadurch eine Wellenschulter an der Nockenwelle bildet, wobei das Abtriebshohlrad radial an dem zylindrischen Zapfen axial zwischen der Wellenschulter und einer an dem zylindrischen Zapfen angeordneten Spannhülse zur Anlage kommt, wobei ferner axial an der Spannhülse anliegende Befestigungsmittel zur axialen Sicherung des Nockenwellenverstellers über die Spannhülse stirnseitig an dem zylindrischen Zapfen angeordnet sind.
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Mit anderen Worten ist der zylindrische Zapfen einteilig mit der Nockenwelle ausgebildet. Ferner weist der zylindrische Zapfen eine axiale Bohrung auf, die zur Aufnahme der Befestigungsmittel dient. Vorzugsweise ist die Befestigungsmittel ein Schraubelement, das zentral in den Zapfen hineinragt und über ein Gewinde mit der Nockenwelle stirnseitig verschraubt ist. Das Schraubelement dient als axiale Sicherung zum Verspannen der Spannhülse, die wiederum auf das Abtriebshohlrad des Nockenwellenverstellers wirkt und diese gegen die Wellenschulter drückt, wodurch eine Reibschlussverbindung zwischen der Wellenschulter und dem Abtriebshohlrad erzeugt wird. Mithin wird dadurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Nockenwellenversteller und der Nockenwelle erzeugt. Durch die Verspannung des Nockenwellenverstellers über die Spannhülse und das Befestigungsmittel ergibt sich eine Nockenwellenverstellanordnung, die besonders kompaktbauend und montagefreundlich ist.
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Vorzugsweise ist der Nockenwellenversteller zwischen den mindestens zwei Lagerstellen angeordnet. Dadurch verringert sich das Biegemoment an der Nockenwelle, wobei die Nockenwellenanordnung kompaktbauend ausgeführt ist. Als Lager für die Nockenwelle sind insbesondere Wälzlager, Nadellager oder Gleitlager denkbar. Vorteilhafterweise ist eine erste Lagerstelle an der Spannhülse angeordnet und die zweite Lagerstelle axial zwischen zwei Nocken der Nockenwelle angeordnet. Insbesondere kann die Spannhülse als Gleitlager ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Spannhülse als Innenring für ein Nadellager dient, wobei der Außenring an einer als Zylinderkopf ausgebildeten Lagerstelle angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt sind die Spannhülse und das Abtriebshohlrad einteilig ausgebildet. Demnach ist die Spannhülse als axiale Ausbildung an dem Abtriebshohlrad anzusehen. Mithin wirken die Befestigungsmittel über die axiale Ausbildung an dem Abtriebshohlrad unmittelbar auf das Abtriebshohlrad.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist eine am zylindrischen Zapfen anliegende Zentrierbohrung des Abtriebshohlrades mindestens eine axiale Aussparung auf. Mit anderen Worten ist die Zentrierbohrung des Abtriebshohlrades segmentartig unterbrochen. Durch die mindestens eine axiale Aussparung kann insbesondere ein Ölfluss realisiert werden. Vorteilhafterweise sind drei axiale Aussparungen an der Zentrierbohrung ausgebildet, so dass sich das Abtriebshohlrad über drei segmentartige Bereiche der Zentrierbohrung an dem Zapfen abstützt und zentriert.
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Vorzugsweise weist die Wellenschulter mindestens eine radiale Aussparung auf. Die mindestens eine radiale Aussparung an der Wellenschulter erstreckt sich insbesondere von einer Außenumfangsfläche des Zapfens bis zu einer Außenumfangsfläche der Nockenwelle und dient im Wesentlichen zur Realisierung des Ölflusses.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist stirnseitig an der Wellenschulter und/oder radial an dem zylindrischen Zapfen mindestens ein Formelement ausgebildet, das mit einem korrespondierend dazu ausgebildeten Formelement an dem Abtriebshohlrad formschlüssig zusammenwirkt. Das mindestens eine Formelement dient insbesondere zur winkelorientierten Montage des Abtriebshohlrades. Ferner wird über das mindestens eine Formelement auch ein Drehmoment übertragen. Vorzugsweise können eine Vielzahl von Formelement stirnseitig an der Wellenschulter angeordnet sein, die mit einer Vielzahl dazu korrespondierender Formelemente an einer Stirnseite des Abtriebshohlrades zusammenwirken, um eine formschlüssige Verbindung zu realisieren. Besonders bevorzugt ist eine Stirnverzahnung zwischen Wellenschulter und Abtriebshohlrad denkbar. Ebenso kann aber auch eine Verbindung über eine Passfeder radial zwischen dem zylindrischen Zapfen und dem Abtriebshohlrad realisiert sein.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Nockenwelle und/oder die Spannhülse radiale Kanäle zur Ölführung aufweisen. Die radialen Kanäle erlauben die Ölführung vom Inneren der Nockenwelle und/oder Spannhülse radial nach außen. Insbesondere weist eine als Gleitlager ausgebildete Spannhülse solche radialen Kanäle auf, die eine drehzahlabhängige Schmierung der Gleitlagerfläche erlauben. Aufgrund von Fliehkräften wird nämlich bei großen Drehzahlen mehr Öl oder Schmiermittel durch die radialen Kanäle geführt.
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Vorzugsweise weist die Spannhülse mindestens ein Formelement zum Antrieb einer weiteren Vorrichtung auf. Als weitere Vorrichtung sind insbesondere eine Vakuumpumpe oder eine Kraftstoffpumpe denkbar, die über das mindestens eine Formelement zumindest mittelbar angetrieben werden. Ferner kann das mindestens eine Formelement auch mit einem Signalgeberrad zusammenwirken.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist axial zwischen der Wellenschulter und dem Abtriebshohlrad eine reibungserhöhende Beschichtung an der Wellenschulter und/oder an dem Abtriebshohlrad angeordnet. Vorzugsweise enthält die reibungserhöhende Beschichtung Karbide oder Diamantpartikel, die bei einem axialen Anpressen des Abtriebshohlrades an die Wellenschulter in die jeweilige Stirnfläche eindringen. Aufgrund des erhöhten Reibwiderstands zwischen Wellenschulter und Abtriebshohlrad wird ein Kraftschluss optimierter. Besonders bevorzugt ist die reibungserhöhende Beschichtung eine Wolframkarbid umfassende Beschichtung.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist axial zwischen der Wellenschulter und dem Abtriebshohlrad eine Scheibe mit einer reibungserhöhenden Beschichtung angeordnet. Die Scheibe weist an beiden Stirnflächen die reibungserhöhende Beschichtung auf, die vorzugsweise eine Wolframkarbid-Cobalt-Beschichtung ist. Ferner ist aber auch denkbar eine Diamantscheibe axial zwischen der Wellenschulter und dem Abtriebshohlrad anzuordnen. Durch die Scheibe mit reibungserhöhender Beschichtung wird der Reibwiderstand zwischen Wellenschulter und Abtriebshohlrad erhöht, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung optimiert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigt
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1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine schematische Detailansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellanordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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3 eine weitere schematische Detailansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellanordnung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Gemäß 1 umfasst die Nockenwellenverstellanordnung einen über einen – hier nicht dargestellten – Elektromotor elektrisch verstellbaren Nockenwellenversteller 1 einer – hier nicht dargestellten – Brennkraftmaschine zum Verstellen einer Phasenlage zwischen einer – hier nicht dargestellten – Kurbelwelle und einer Nockenwelle 2. Die Nockenwelle 2 ist mit einer ersten Lagerstelle 5a an einem Zylinderkopf 22 drehbar gelagert. Eine zweite Lagerstelle 5b befindet sich axial zwischen zwei Nocken 21a, 21b, die zur Betätigung – hier nicht dargestellter – Gaswechselventile der Brennkraftmaschine dienen. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein als Antriebsteil dienendes Antriebsrad 4 auf, das mittelbar mit der Kurbelwelle verbunden ist. In einem zentralen Hohlraum des Antriebsrads 4 ist in konzentrischer Anordnung zu diesem ein als Abtriebsteil dienendes Abtriebshohlrad 3 drehverstellbar zum Antriebsrad 4 aufgenommen.
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Das Antriebsrad 4 ist über mehrere Schraubelemente 23a, 23b mit einem axial daran angeordnetem Hohlrad 24 drehfest verbunden, wobei das Hohlrad 24 mit einer ersten Innenverzahnung 25a versehen ist. Das Abtriebshohlrad 3 ist koaxial zum Hohlrad 24 angeordnet und weist eine zweite Innenverzahnung 25b auf, die axial benachbart zur ersten Innenverzahnung 25a angeordnet ist. Die beiden Innenverzahnungen 25a, 25b sind in Eingriff mit einer Außenverzahnung 26 einer elastischen Hülse 27.
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Die elastische Hülse 27 ist auf einen Außenring 28 eines Wälzlagers 29 aufgepresst, das seinerseits über einen Innenring 30 auf einer Verstellerwelle 31 aufgepresst ist. Die Verstellerwelle 31 ist mit einem – hier nicht dargestellten – Kupplungsrad drehfest verbunden, wobei das Kupplungsrad ist mittelbar mit dem Elektromotor verbunden ist. Somit kann die Verstellerwelle 31 durch Betätigen des Elektromotors gedreht werden.
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Über einen – hier nicht dargestellten – Kettentrieb können Antriebsrad 4 und Abtriebshohlrad 3 synchron mit der Kurbelwelle gedreht werden, wodurch die Antriebsrichtung der Nockenwelle 2 festgelegt ist. Wenn eine der beiden Innenverzahnungen 25a, 25b beispielsweise eine unterschiedliche Zähnezahl zur Außenverzahnung der elastischen Hülse 27 aufweist, kann durch Drehen der Verstellwelle 31 eine Drehwinkellage zwischen Antriebsrad 4 und Abtriebshohlrad 3 verändert werden, um hierdurch eine Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle 2 zu verstellen. Der einem solchen Wellgetriebe zu Grunde liegende Funktionsmechanismus ist dem Fachmann aus dem eingangs genannten Druckschriften wohl bekannt, so dass es sich erübrigt hier näher darauf einzugehen.
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An einem distalen Ende der Nockenwelle 2 ist ein zylindrischer Zapfen 6 ausgebildet, der einen geringeren Außendurchmesser als die Nockenwelle 2 aufweist und dadurch eine Wellenschulter 7 an der Nockenwelle 2 bildet. Das Abtriebshohlrad 3 kommt radial an dem zylindrischen Zapfen 6 axial zwischen der Wellenschulter 7 und einer an dem zylindrischen Zapfen 6 angeordneten Spannhülse 8 zur Anlage. Ein axial an der Spannhülse 8 anliegendes Befestigungsmittel 9, das als Schraubelement 32 ausgebildet ist, ist zur axialen Sicherung des Nockenwellenverstellers 1 über die Spannhülse 8 stirnseitig an dem zylindrischen Zapfen 6 angeordnet. Das Schraubelement 32 dringt dabei durch den zylindrischen Zapfen 6 stirnseitig in die Nockenwelle 2 ein und wird über ein daran ausgebildetes Gewinde verschraubt.
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Eine am zylindrischen Zapfen 6 anliegende Zentrierbohrung 10 des Abtriebshohlrades 3 weist eine axiale Aussparung 11 zur Realisierung eines Ölflusses in axialer Richtung auf. Ferner weist auch die Wellenschulter 7 eine radiale Aussparung 12 zur Realisierung eines Ölflusses in radialer Richtung auf. Die Nockenwelle 2 weist an dem zylindrischen Zapfen 6 radiale Kanäle 15a, 15b auf, die sich auch durch die Spannhülse 8 radial erstrecken und eine Ölführung zur ersten Lagerstelle 5a realisieren. Axial zwischen der Wellenschulter 7 und dem Abtriebshohlrad 3 ist eine reibungserhöhende Beschichtung 18 an der Wellenschulter 7 angeordnet.
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Gemäß 2 ist radial an dem zylindrischen Zapfen 6 und stirnseitig an der Wellenschulter 7 jeweils ein Formelement 13a, 13b ausgebildet, die mit einem jeweiligen korrespondierend dazu ausgebildeten Formelement 14a, 14b an dem Abtriebshohlrad 3 formschlüssig zusammenwirkt. Mit anderen Worten sind die beiden Formelemente 13a, 13b positiv ausgebildet und dringen in die negativ ausgebildeten Formelemente 14a, 14b ein, um eine formschlüssige Verbindung auszubilden. Ferner weist die Spannhülse 8 ein Formelement 16 zum mittelbaren Antrieb einer weiteren Vorrichtung 17 auf.
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Nach 3 sind die Spannhülse 8 und das Abtriebshohlrad 3 einteilig ausgebildet. Ferner ist axial zwischen der Wellenschulter 7 und dem Abtriebshohlrad 3 eine Scheibe 19 mit einer reibungserhöhenden Beschichtung 20 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Abtriebshohlrad
- 4
- Antriebsrad
- 5a, 5b
- Lagerstelle
- 6
- zylindrischer Zapfen
- 7
- Wellenschulter
- 8
- Spannhülse
- 9
- Befestigungsmittel
- 10
- Zentrierbohrung
- 11
- axiale Aussparung
- 12
- radiale Aussparung
- 13a, 13b
- Formelement
- 14a, 14b
- Formelement
- 15a, 15b
- radiale Kanäle
- 16
- Formelement
- 17
- Vorrichtung
- 18
- Beschichtung
- 19
- Scheibe
- 20
- Beschichtung
- 21a, 21b
- Nocken
- 22
- Zylinderkopf
- 23a, 23b
- Schraubelement
- 24
- Hohlrad
- 25a, 25b
- Innenverzahnung
- 26
- Außenverzahnung
- 27
- elastische Hülse
- 28
- Außenring
- 29
- Wälzlager
- 30
- Innenring
- 31
- Verstellwelle
- 32
- Schraubelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005008264 U1 [0003]
- EP 1596040 A2 [0003]
- DE 102005013141 A1 [0003]
- DE 19908934 A1 [0003]
- DE 102004009128 A1 [0003]
- DE 102005059884 [0003]
- DE 102004038681 A1 [0003, 0003]
