DE102014214119A1 - Nockenwellenversteller - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Nockenwellenversteller (1) mit einem Antriebsrad (2), zwei Begrenzungsdeckeln (3, 4) und einem Gehäuse (5), wobei das Gehäuse (5) von den beiden Begrenzungsdeckeln (3, 4) flankiert ist, wobei das Gehäuse (5) eine Außenumfangsfläche (6) aufweist und das Antriebsrad (2) eine Innenumfangsfläche (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangsfläche (7) die Außenumfangsfläche (6) umgreift und ein vom Antriebsrad (2) eingeleitetes Drehmoment von der Außenumfangsfläche (6) zur Innenumfangsfläche (7) durch den Kontakt dieser beiden Flächen (6, 7) übertragen wird, wobei die beiden Begrenzungsdeckel (3, 4) das Antriebsrad (2) relativ zum Gehäuse (5) in axialer Richtung (8) sichern.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
  • Hintergrund der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine besonders einfachen Aufbau aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Somit wird die Aufgabe durch einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebsrad, zwei Begrenzungsdeckeln und einem Gehäuse, wobei das Gehäuse von den beiden Begrenzungsdeckeln flankiert ist, wobei das Gehäuse eine Außenumfangsfläche aufweist und das Antriebsrad eine Innenumfangsfläche aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Innenumfangsfläche die Außenumfangsfläche umgreift und ein vom Antriebsrad eingeleitetes Drehmoment von der Außenumfangsfläche zur Innenumfangsfläche durch den Kontakt dieser beiden Flächen übertragen wird, wobei die beiden Begrenzungsdeckel das Antriebsrad relativ zum Gehäuse in axialer Richtung sichern.
  • Hierdurch wird erreicht, dass die Anzahl der Befestigungsmittel zwischen dem Antriebsrad und dem Gehäuse reduziert werden und zugleich Gewicht sowie Kosten eingespart werden können.
  • Die Innenumfangsfläche umgreift die Außenumfangsfläche in Umfangsrichtung und in axialer Richtung, wobei beide Flächen ein Profil aufweisen, um ein Drehmoment zuverlässig übertragen zu können. Das Profil kann bspw. zylindrisch sein, wobei die beiden Flächen eine Presspassung ausbilden müssen, um das Drehmoment zu übertragen. Beispielsweise kann das Profil auch zahnförmig ausgebildet sein, wobei Zähne der Innenumfangsfläche in Zahnlücken der Außenumfangsfläche eingreifen und das Drehmoment übertragen werden kann. Auch ein unregelmäßiges oder regelmäßiges polygonales Profil ist zu Drehmomentübertagung geeignet.
  • Die Begrenzungsdeckel flankieren erfindungsgemäß das Gehäuse und durch die axialer Sicherung des Antriebsrads auch teilweise das Antriebsrad selbst. Dabei kann ein Begrenzungsdeckel einteilig mit dem Gehäuse oder dem Antriebsrad ausgebildet sein oder der eine Begrenzungsdeckel einteilig mit dem Gehäuse und der andere Begrenzungsdeckel einteilig mit dem Antriebsrad. Der Begrenzungsdeckel begrenzt den Freiheitsgrad des Antriebsrades und deckelt das Gehäuse ab. Der Begrenzungsdeckel kann als Scheibe (mit einem zentralen Loch) oder als Ringscheibe ausgebildet sein. Vorteilhafterweise schützt der Begrenzungsdeckel das Gehäuse und die darin befindlichen Bauteile vor Umwelteinflüssen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen mindestens einem Begrenzungsdeckel und dem Gehäuse ein Dichtelement angeordnet ist. Vorteilhafterweise können somit Schmier- und/oder Fremdstoffe am Durchtritt durch die Fügestelle zwischen Begrenzungsdeckel und Gehäuse mittels des Dichtelementes gehindert werden. Das Dichtelement ist vorzugsweise ein aus Kunststoff ausgebildeter Ring. Als Dichtelement kann auch eine Flächenanlage in Frage kommen, wobei diese Fläche hinsichtlich der Formtoleranz zumindest im Bereich der Anlage entsprechend ausgebildet sein muss.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ragen die Begrenzungsdeckel in radialer Richtung über die Außenumfangsfläche des Gehäuses hinaus, um das Antriebsrad in axialer Richtung zu sichern. Einer oder beide Begrenzungsdeckel weisen hierzu einen Rand auf, welcher in radialer Richtung über die Außenumfangsfläche und/oder die Innenumfangsfläche hinausragt. Dieser Rand kann teilweise in Umfangsrichtung umlaufend oder in Form von zumindest einer, bevorzugterweise mehreren Laschen ausgebildet sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen mindestens einem Begrenzungsdeckel und dem Antriebsrad ein Dichtelement angeordnet. Vorteilhafterweise können somit Schmier- und/oder Fremdstoffe am Durchtritt durch die Fügestelle zwischen Begrenzungsdeckel und Gehäuse mittels des Dichtelementes gehindert werden. Das Dichtelement ist vorzugsweise ein aus Kunststoff ausgebildeter Ring. Als Dichtelement kann auch eine Flächenanlage in Frage kommen, wobei diese Fläche hinsichtlich der Formtoleranz zumindest im Bereich der Anlage entsprechend ausgebildet sein muss.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Dichtelement in der Fuge von Begrenzungsdeckel, Gehäuse und Antriebselement angeordnet. Vorteilhafterweise können somit Schmier- und/oder Fremdstoffe am Durchtritt durch die Fügestelle zwischen Begrenzungsdeckel und Gehäuse mittels des Dichtelementes gehindert werden. Das Dichtelement ist vorzugsweise ein aus Kunststoff ausgebildeter Ring.
  • In einer bevorzugten Ausbildung ist die Außenumfangsfläche als Verzahnung ausgebildet ist, die in die als Verzahnung ausgebildete Innenumfangsfläche eingreift, worüber das Drehmoment übertragen wird. Vorteilhafterweise lassen sich durch diese als Verzahnung ausgebildeten Umfangsflächen hohe Drehmomente übertragen sowie das Antriebsrad auf das Gehäuse in axialer Richtung montieren.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenumfangsfläche teilweise zylindrisch ausgebildet ist und weist eine Abflachung auf, welche mit einer teilweise zylindrisch ausgebildeten und mit einer Abflachung versehenen Innenumfangsfläche zusammenwirkt, wobei die Abflachungen aneinander anliegen, um das Drehmoment zu übertragen. Zwei zylindrische ausgebildete Umfangsflächen übertragen das Drehmoment mittels einer Presspassung zwischen den Flächen. Die beiden Bauteile können bspw. derart miteinander gefügt werden, dass das äußere Bauteil (Antriebsrad) zunächst aufgewärmt wird und dann über das innere Bauteil (Gehäuse) geschoben wird, wobei durch die Abkühlung das Antriebsrad auf das Gehäuse aufschrumpft.
  • In einer Ausbildung der Erfindung liegt zwischen zumindest einem Begrenzungsdeckel und den Antriebsrad ein Abstand in axialer Richtung vor. Vorteilhafterweise wird dabei durch die Anlage der Stirnflächen von Gehäuse und Begrenzungsdeckel eine Dichtwirkung erzielt. Alternativ kann das Gehäuse zu zumindest einem Begrenzungsdeckel einen Abstand in axialer Richtung haben, wobei in diesem Fall durch die Anlage der Stirnflächen von Antriebsrad und Begrenzungsdeckel eine Dichtwirkung erzielt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausbildung ist ein Begrenzungsdeckel einteilig mit dem Gehäuse und/oder ein bzw. der andere Begrenzungsdeckel einteilig mit dem Antriebsrad ausgebildet. Somit kann bspw. das Gehäuse einen als Rand ausgebildeten einteilig angeformten Begrenzungsdeckel aufweisen und/oder das Antriebsrad einen einteilig angeformten Begrenzungsdeckel, wobei das Antriebsrad dadurch dann eine topfförmige Form hat. Vorteilhafterweise verringert sich somit weiter die Anzahl der zu fügenden Bauteile.
  • In einer besonders bevorzugten Ausbildung ist das Antriebsrad ein aus Kunststoff ausgebildetes Riemenrad. Alternativ kann das Riemenrad auch aus einem Verbundstoff aus Metall und Kunststoff bestehen oder vollständig aus Metall ausgebildet sein. Ferner kann anstatt eines Riemenrades auch ein Kettenrad oder ein stirnverzahntes Zahnrad mit der vorab erläuterten Werkstoffausbildung vorliegen.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Antriebsrad, Gehäuse und Begrenzungsdeckel wird eine leichtere Montage, eine verringerte Bauteilzahl und ein geringeres Gewicht des Nockenwellenverstellers erreicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
  • Es zeigen:
  • 1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller im Schnitt und
  • 2 das Antriebsrad und das Gehäuse aus 1 im nicht montierten Zustand.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Schnitt. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebsrad 2, ein Gehäuse 5, einen Rotor 11 und zwei Begrenzungsdeckel 3, 4 auf. Der Nockenwellenversteller 1 rotiert im Betrieb um eine Drehachse 12, durch welche die axiale Richtung 8, entlang dieser Drehachse 12, und die radiale Richtung 9, orthogonal zu dieser Drehachse 12, definiert sind. Ferner weist der Nockenwellenversteller 1 zumindest eine Schraube 10 und ggf. noch weitere – hier nicht dargestellte – Komponenten auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 5 als ein im Stand der Technik bekannter Stator ausgebildet und bildet mit dem Rotor 11 die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Arbeitskammern aus, die zur Verstellung der Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle genutzt werden. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Befestigung des Antriebsrades 2 mit dem Gehäuse 5 lässt sich auch auf einen elektromechanischen Nockenwellenversteller anwenden, wobei selbstverständlich dem Gehäuse 5 eine vom hydraulischen Nockenwellenversteller ausgebildeten Stator verschiedene Gestalt zukommt.
  • Das Gehäuse 5 wird von zwei an den Stirnseiten des Gehäuses 5 angeordneten Seitendeckeln 3, 4 abgedeckt. Die Seitendeckel 3, 4 liegen plan am Gehäuse 5 an und sind mit diesem verspannt, so dass einem in dieser Ausbildung der Erfindung auftretenden Öldruck entgegengewirkt werden kann, so dass keine Leckage in den Anlageflächen von Seitendeckel 3 oder 4 mit dem Gehäuse 5 entsteht. Ferner decken die Seitendeckel 3, 4 die zwischen dem als Stator ausgebildeten Gehäuse 5 und dem Rotor 11 dichtend ab. Die Seitendeckel 3, 4 haben erfindungsgemäß jeweils einen in radialer Richtung ausgebildeten Überstand 13, 14 zur Außenmantelfläche 6 des Gehäuses 5. Dieser Überstand 13, 14 fixiert das Antriebsrad 2 in axialer Richtung 8 relativ zum Gehäuse 5. Die Überstände 13, 14 können vollständig umlaufend oder teilweise umlaufend ausgebildet sein. Das Antriebsrad 2 sitzt hingegen mit seiner Innenmantelfläche 7 auf der Außenmantelfläche 6 des Gehäuses 5 auf.
  • Diese beispielhafte Ausführungsform zeigt das Antriebsrad 2 als ein Riemenrad aus einem Polymer, wobei die Lauffläche 15 für den hier nicht dargestellten Riemen in seiner axialer Erstreckung größer ist, als die axiale Erstreckung zwischen den Außenseiten der Seitendeckel 3, 4. Somit hat das Antriebsrad 2 eine Nabe 16, welche die Innenumfangsfläche 7 ausbildet. Zwischen der Lauffläche 15 und der Nabe 16 ist ein bauraum- und gewichtssparender Steg 17 ausgebildet. Die Überstände 13, 14 ragen in ihrer radialen Erstreckung nicht über die Nabe 16 hinaus, wodurch in dieser Ausführungsform das Antriebsrad 2 mittels seiner Nabe 16 von den beiden Seitendeckeln 3, 4 gehalten wird. Das Gehäuse 5 ist vorteilhafterweise aus Metall ausgebildet.
  • 2 zeigt das Antriebsrad 2 und das Gehäuse 5 aus 1 im nicht montierten Zustand. Die Innenumfangsfläche 6 und die Außenumfangsfläche 7 sind als miteinander korrespondierende Verzahnung bzw. Rändel ausgebildet, worüber das Drehmoment übertragen wird. So kann das Gehäuse 5 in axialer Richtung 8 in das Antriebsrad 2 eingesetzt werden, wodurch eine drehfeste Verbindung zwischen Antriebsrad 2 und Gehäuse 5 ausgebildet wird. Die Verbindung muss nicht ein radiales Spiel zwischen den Flächen 6, 7 aufweisen – es kann ein geringes Übermaß vorhanden sein, so dass sich das Fügen in axialer Richtung 8 durchführen lässt, jedoch zunächst das Antriebsrad 2 und das Gehäuse 5 verliersicher für die weitere Montage zusammengehalten wird. Anschließend können die Seitendeckel 3, 4 und der Rotor 11 mit dem vorliegenden Verbund montiert werden.
  • Alternativ ist es denkbar, dass zunächst einer der beiden Seitendeckel 3, 4 mit dem Gehäuse 5 montiert wird, dann das Antriebsrad 2 auf das Gehäuse 5 ausgeschoben, der Rotor 11 in das Gehäuse 5 eingelegt und anschließend mit dem verbleibenden Seitendeckel 3, 4 abgedeckt und fixiert wird. Hierbei kann das geringe Übermaß entfallen, denn der vom jeweiligen bereits montierten Seitendeckel 3, 4 ausgebildete Überstand 13, 14 sichert bereits den Verbund zumindest in einer axialen Richtung 8, wodurch das Handling in der Montage vereinfacht wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwellenversteller
    2
    Antriebsrad
    3
    Begrenzungsdeckel
    4
    Begrenzungsdeckel
    5
    Gehäuse
    6
    Außenumfangsfläche
    7
    Innenumfangsfläche
    8
    axiale Richtung
    9
    radiale Richtung
    10
    Schraube
    11
    Rotor
    12
    Drehachse
    13
    Überstand
    14
    Überstand
    15
    Lauffläche
    16
    Nabe
    17
    Steg

Claims (10)

  1. Nockenwellenversteller (1) mit einem Antriebsrad (2), zwei Begrenzungsdeckeln (3, 4) und einem Gehäuse (5), wobei das Gehäuse (5) von den beiden Begrenzungsdeckeln (3, 4) flankiert ist, wobei das Gehäuse (5) eine Außenumfangsfläche (6) aufweist und das Antriebsrad (2) eine Innenumfangsfläche (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangsfläche (7) die Außenumfangsfläche (6) umgreift und ein vom Antriebsrad (2) eingeleitetes Drehmoment von der Außenumfangsfläche (6) zur Innenumfangsfläche (7) durch den Kontakt dieser beiden Flächen (6, 7) übertragen wird, wobei die beiden Begrenzungsdeckel (3, 4) das Antriebsrad (2) relativ zum Gehäuse (5) in axialer Richtung (8) sichern.
  2. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen mindestens einem Begrenzungsdeckel (3, 4) und dem Gehäuse (5) ein Dichtelement angeordnet ist.
  3. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsdeckel (3, 4) in radialer Richtung (9) über die Außenumfangsfläche (6) des Gehäuses (5) hinausragen, um das Antriebsrad (2) in axialer Richtung (8) zu sichern.
  4. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen mindestens einem Begrenzungsdeckel (3, 4) und dem Antriebsrad (2) ein Dichtelement angeordnet ist.
  5. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement in der Fuge von Begrenzungsdeckel (3, 4), Gehäuse (5) und Antriebsrad (2) angeordnet ist.
  6. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (6) als Verzahnung ausgebildet ist, die in die als Verzahnung ausgebildete Innenumfangsfläche (7) eingreift, worüber das Drehmoment übertragen wird.
  7. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (6) teilweise zylindrisch ausgebildet ist und eine Abflachung aufweist, welche mit einer teilweise zylindrisch ausgebildeten und mit einer Abflachung versehenen Innenumfangsfläche (7) zusammenwirkt, wobei die Abflachungen aneinander anliegen, um das Drehmoment zu übertragen.
  8. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen zumindest einem Begrenzungsdeckel (3, 4) und den Antriebsrad (2) ein Abstand in axialer Richtung (8) vorliegt.
  9. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Begrenzungsdeckel (3, 4) einteilig mit dem Gehäuse (2) und/oder ein bzw. der andere Begrenzungsdeckel (3, 4) einteilig mit dem Antriebsrad (2) ausgebildet ist.
  10. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (2) ein aus Kunststoff ausgebildetes Riemenrad ist.
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