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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zum variablen Verstellen von einer äußeren Nockenwelle und einer dazu konzentrisch angeordneten inneren Nockenwelle, mit einem Stator, der mit der äußeren Nockenwelle verbindbar ist, mit einem zu dem Stator konzentrisch angeordneten Rotor, wobei der Rotor nach Art eines ersten Gelenks an einer ersten balligen Kontaktfläche mit der inneren Nockenwelle verbindbar ist, und wobei zum axialen Sichern des Rotors an der inneren Nockenwelle, der Rotor über eine Schraube mit Kraft beaufschlagbar ist.
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Gaswechselventile von Verbrennungskraftmaschinen können durch Nocken einer Nockenwelle betätigt werden. Über die Anordnung und Form der Nocken sind die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile gezielt festlegbar. Die Nockenwelle wird üblicherweise durch die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine betätigt, angetrieben und/oder angesteuert. Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile der Verbrennungskraftmaschine sind hierbei üblicherweise durch eine relative Drehlage/Phasenlage/Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle vorgegeben. Durch eine relative Änderung dieser Drehlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle kann eine variable Verstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventil erreicht werden. Durch die variable Verstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventil kann in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise das Abgasverhalten positiv beeinflusst werden, kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden, kann der Wirkungsgrad erhöht werden, kann das Maximaldrehmoment der Verbrennungskraftmaschine erhöht werden und/oder kann die Maximalleistung der Verbrennungskraftmaschine erhöht werden.
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Es ist üblich, dass in einer Verbrennungskraftmaschine zwei Nockenwellen verwendet werden, nämlich eine Nockenwelle zum Steuern der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Einlass-Gaswechselventilen, und die andere Nockenwelle zum Steuern der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Auslass-Gaswechselventile.
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Dabei sind die Nockenwellen üblicherweise koaxial angeordnet. Vorliegend sollen die Nockenwellen als Spezialfall des koaxialen Vorliegens zumindest teiweise oder zumindest abschnittsweise konzentrisch angeordnet sein bzw. vorliegen.
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Dabei ist ein (äußerer) Teil des Nockenwellenverstellers, hier als Stator bezeichnet, mit der äußeren Nockenwelle verbunden. Gleichzeitig ist ein anderer (innerer) Teil des Nockenwellenverstellers, hier als Rotor bezeichnet, mit der inneren Nockenwelle verbunden. Die variable Verstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile wird durch einen variabel einstellbaren Winkel zwischen dem Rotor und dem Stator erreicht. Beispielsweise kann diese Verstellung hydraulisch, beispielsweise über ein Fluid, oder elektrisch vorgenommen werden. Die vorliegende Erfindung soll mit allen Nockenwellenverstellmechanismen kombinierbar sein.
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Um einen ungestörten Betrieb des Nockenwellenverstellers zu ermöglichen, müssen der Rotor und der Stator möglichst konzentrisch angeordnet sein und bleiben. Jedoch kann es bei konzentrisch angeordneten Nockenwellen aufgrund von beispielsweise Fertigungstoleranzen zu einem Versatz, insbesondere einem Winkelversatz oder einem axialen Versatz zwischen den Nockenwellen kommen. Wäre nun der Stator fest mit der einen Nockenwelle verbunden, und wäre gleichzeitig der Rotor fest mit der anderen Nockenwelle verbunden, so könnte die nötige Konzentrizität von dem Rotor und dem Stator nicht mehr gewährleistet werden. Man ist daher bestrebt, Nockenwellenversteller dahingehend zu verbessern, dass diese einen Versatz, insbesondere einen Winkelversatz, zwischen den konzentrisch angeordneten Nockenwellen ausgleichen oder tolerieren können.
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Aus dem Stand der Technik ist hierzu beispielsweise die folgende Lösung bekannt. Die
DE 10 2012 105 284 A1 beschreibt eine Nockenwelleneinrichtung aufweisend eine innere Nockenwelle, eine zu dieser konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle, einen Nockenwellenversteller zur Verstellung der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle und ein zwischen der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle einerseits und dem Nockenwellenversteller andererseits angeordnetes Ausgleichselement, wobei das Ausgleichselement eine scheibenartige Form aufweist. Dieses scheibenartige Ausgleichselement ist beispielsweise kugelkalottenförmig gebildet und soll einen Winkelversatz zwischen den Nockenwellen kompensieren können. Dabei ist der Rotor mittels einer Zentralschraube unter Zwischenschaltung eines Anschlussstücks, etwa mit hydraulischen Kanälen zur Steuerung des Nockenwellenverstellers, axial mit der inneren Nockenwelle verbunden. Kontaktflächen der Schraube mit dem Anschlussstück und des Anschlussstücks mit dem Rotor sind dabei planparallel, das heißt sie erstrecken sich in einer radialen Ebene der Achse der Schraube, also in einer radialen Ebene zu einer Mittelachse eines axialen Endabschnitts der inneren Nockenwelle. Insbesondere da bzw. falls durch ein Vorspannen der Schraube eine Axialkraft aufgebracht wird, ist davon auszugehen, dass sich der Rotor an einer Schraubenkopfauflagefläche ausrichten wird, wodurch die Funktion des Ausgleichselements nicht wirksam werden kann. Es ist daher davon auszugehen, dass wegen dieser Planparallelität das scheibenartige Ausgleichselement nur in begrenztem Maße einen Winkelversatz auszugleichen vermag. Übersteigt der Winkelversatz bzw. Winkelfehler das ausgleichbare Maß, so kommt es beispielsweise zwischen dem Rotor und dem Stator zu einer Schrägstellung, welche beispielsweise eine reduzierte Dichtigkeit, eine erhöhte Reibung, einen erhöhten Verschleiß und/oder ein Verklemmen zwischen dem Stator und dem Rotor zur Folge haben kann.
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Die
DE 10 2011 103 495 A1 zeigt eine Kupplungswelle für einen Nockenwellensteller. Diese umfasst an jedem ihrer beiden Enden je eine Kupplungskomponente für je eine achswinkelausgleichende Drehkupplung. Ein Aktor zum Stellen eines Nockenwellenverstellgetriebes umfasst eine Kupplungswelle zum Stellen des Nockenwellenverstellgetriebes mit dem Aktor mittels einer ersten achswinkelausgleichenden Drehkupplung, die in einem Bereich des Aktors gekuppelt ist, der von dem Verstellgetriebe abgewandt ist. Ein Nockenwellenverstellgetriebe umfasst ein Getriebeantriebszahnrad mit einer Innen- oder Außenverzahnung für den Eingriff der Zahnkupplungskomponente einer erfindungsgemäßen Kupplungswelle wobei das Nockenwellenverstellgetriebe eine erfindungsgemäße Kupplungswelle umfasst. Ein Nockenwellensteller für eine Brennkraftmaschine umfasst einen erfindungsgemäßen Aktor und/oder ein erfindungsgemäßes Nockenverstellgetriebe.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Nockenwellenversteller vorzusehen, bei welchem ein Ausgleichen eines Versatzes, hierbei insbesondere eines Winkelversatzes, zwischen den konzentrisch angeordneten Nockenwelle möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Nockenwellenversteller erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schraube nach Art eines zweiten (Reib-)Gelenks an einer zweiten balligen Kontaktfläche mit der inneren Nockenwelle verbindbar ist. Die Schraube kann also über ein zweites Kugelgelenk mit dem Rotor verbunden sein. Somit kann die Schraube einen Ausgleich eines Versatzes, insbesondere eines Winkelversatzes zwischen den Nockenwellen bewirken. Ein reibungsloser Betrieb des Nockenwellenverstellers ist daher gewährleistet.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert. Die dort genannten Aspekte können auch einzeln, unabhängig voneinander und vom Hauptaspekt weiterverfolgt werden.
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So ist es vorteilhaft, wenn das erste Gelenk, verkürzt auch als Kugelgelenk bezeichnet, aus einem Paar sphärisch gegengleicher bzw. komplementärer Gelenkkonturen gebildet ist. Dies ermöglicht ein gleichmäßiges Anliegen des Rotors an der inneren Nockenwelle. Dies ermöglicht bei entsprechend gewähltem Anzugsmoment der (Zentral-)Schraube ferner, ein Reibmoment zwischen der inneren Nockenwelle und dem Rotor zum rotatorischen Antrieb der inneren Nockenwelle rutschfrei zu übertragen.
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Es ist ebenso im Sinne eines gleichmäßigen Anliegens der Schraube und des Rotors und im Sinne des Übertragens einer Normalkraft zwischen der Schraube und dem Rotor vorteilhaft, wenn das zweite Gelenk, verkürzt auch als Kugelgelenk bezeichnet, aus einem Paar sphärisch gegengleicher bzw. komplementärer Gelenkkonturen gebildet ist.
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Die erfindungsgemäß zu ermöglichende bzw. ermöglichte Ausgleichsbewegung ist insbesondere eine taumelnde Bewegung/Taumelbewegung des Rotors relativ zu der inneren Nockenwelle. Aus bauraumlichen Erwägungen kann es vorgesehen sein, dass die Nockenwelle axial in den Rotor hineinragt/auskragt. Es kann genauso gut vorgesehen sein, dass der Rotor axial neben der Nockenwelle angeordnet ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Rotor axial zu der Nockenwelle hin auskragt. Dabei ist es in erster Näherung vorteilhaft, wenn im Betrieb des Motors ein Mittelpunkt bzw. Rotationsmittelpunkt der Taumelbewegung auf der Rotationsachse der inneren Nockenwelle liegt. Dem kann daher in vorteilhafter Weise Rechnung getragen werden, wenn das erste Kugelgelenk durch eine nockenwellenseitig konvexe Gelenkkontur und eine rotorseitig konkave Gelenkkontur gebildet ist. Es kann ebenso vorgesehen sein, dass das erste Kugelgelenk durch eine nockenwellenseitige konkave Gelenkkontur und eine rotorseitig konvexe Gelenkkontur gebildet ist. Es ist auch von Vorteil, wenn das zweite Kugelgelenk durch eine schraubenseitig konvexe Gelenkkontur und eine rotorseitig konkave Gelenkkontur gebildet ist. Dem kann schließlich auch in folglich vorteilhafter Weise Rechnung getragen werden, wenn das Kugelgelenk durch eine schraubenseitige konkave Gelenkkontur und eine rotorseitig konvexe Gelenkkontur gebildet ist. Unter „schraubenseitig” wird „auf Seiten der Schraube” verstanden.
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Es ist von Vorteil, wenn im ersten Gelenk der Rotor in direktem Kontakt mit der inneren Nockenwelle steht oder zwischen diesen ein erstes Ausgleichsteil dazwischengeschaltet ist und/oder im zweiten Gelenk die Schraube in direktem Kontakt mit der der inneren Nockenwelle steht oder zwischen diesen ein zweites Ausgleichsteil dazwischengeschaltet ist.
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Dabei ist es vorteilhaft, eine Kugelgelenkgeometrie einstückig an dem jeweiligen Teil zu bilden, da hierdurch beispielsweise eine Montage erleichtert ist und der Lageraufbau reduziert ist. Dieser Vorteil kann jeweils dann genutzt werden, wenn das erste Kugelgelenk nockenwellenseitig einstückig durch die Nockenwelle gebildet ist, wenn das erste Kugelgelenk rotorseitig einstückig durch den Rotor gebildet ist, wenn das zweite Kugelgelenk rotorseitig einstückig durch den Rotor gebildet ist, und/oder wenn das zweite Kugelgelenk schraubenseitig einstückig durch die Schraube gebildet ist. Unter „nockenwellenseitig” wird „auf Seiten der Nockenwelle” verstanden. Unter „rotorseitig” wird „auf Seiten des Rotors” verstanden.
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Um eine gegebenenfalls aufwändige Fertigung der Kugelgelenkgeometrie bzw. der Gelenkkontur von der Fertigung des jeweiligen Teils zu trennen, oder um eine Kombinierbarkeit von verschiedenen Kugelgelenkgeometrien mit verschiedenen Grundtypen an Nockenwellenverstellern zu erhalten, ist es vorteilhaft, ein Kugelgelenk durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteils zu bilden. Es kann daher jeweils vorteilhaft sein, falls das erste Kugelgelenk nockenwellenseitig durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteils gebildet ist. Derselbe Vorteil kann genutzt werden, falls das erste Kugelgelenk rotorseitig durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteils gebildet ist, falls das zweite Kugelgelenk rotorseitig durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteil gebildet ist, und/oder falls das zweite Kugelgelenk schraubenseitig durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteils gebildet ist.
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Es ist dabei von Vorteil, wenn das erste oder zweite Ausgleichsteil jeweils auf einer oder zwei Flächen, die voneinander abgewandt sein können, eine konvexe oder konkave Kontur aufweist, da dann einfach herzustellende Scheiben einbaubar sind.
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Bei Vorsehen des Ausgleichsteils kann in einfacher Weise ein Axialversatz zusätzlich zu einem Winkelversatz ausgeglichen werden, falls das Ausgleichsteil an dem jeweiligen Teil mit einem radialen Spiel vorgesehen ist. Daher kann es jeweils vorteilhaft sein, falls das erste Kugelgelenk nockenwellenseitig durch Zwischenschalten eines radial spielbehafteten Ausgleichsteils gebildet ist, falls das erste Kugelgelenk rotorseitig durch Zwischenschalten eines radial spielbehafteten Ausgleichsteils gebildet ist, falls das zweite Kugelgelenk rotorseitig durch Zwischenschalten eines radial spielbehafteten Ausgleichsteils gebildet ist, und/oder falls das zweite Kugelgelenk schraubenseitig durch Zwischenschalten eines radial spielbehafteten Ausgleichsteils gebildet ist.
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Von dem Rotor wird über die beiden Kugelgelenke ein Drehmoment bzw. eine rotatorische Leistung auf die innere Nockenwelle übertragen. Hierbei kann es konstruktiv gewollt sein, dass zum Zwecke einer verlustarmen Ausgleichsbewegung vorgesehen ist, dass zwischen dem Rotor und der innen liegenden Nockenwelle keine oder lediglich eine begrenzte Normalkraft, und somit keine oder lediglich eine begrenzte Fähigkeit zum Übertragung von Drehmoment bzw. rotatorischer Leistung vorliegt. Also kann ein Übertragen eines hohen Drehmoments bei nur begrenzt übertragbarem Drehmoment gewünscht sein. Dem kann durch Vorsehen eines Formschlusses zwischen Rotor und der inneren Nockenwelle abgeholfen werden. Daher kann es vorteilhaft sein, wenn an der inneren Nockenwelle eine Verzahnung gebildet ist, und wenn an dem Rotor eine dazu gegengleiche bzw. komplementäre Verzahnung gebildet ist, wobei die Zähne der Verzahnungen eine Taumelbewegung des Rotors relativ zu der inneren Nockenwelle um das erste Kugelgelenk herum ermöglichend geformt sind. Beispielsweise können die Zähne gerundet geformt sein. Die Zähne können auch ballig geformt sein. Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass die nockenwellenseitige Verzahnung an der Stirnseite der Nockenwelle gebildet ist. Dementsprechend kann auch vorgesehen sein, dass die rotorseitige Verzahnung an der Stirnseite des Rotors gebildet ist. Also ist es es zweckmäßig, wenn an der inneren Nockenwelle eine Verzahnung vorhanden ist, wobei an dem Rotor eine dazu gegengleiche Verzahnung gebildet ist, und wobei die Zähne zum Ermöglichen einer Taumelbewegung des Rotors relativ zu der inneren Nockenwelle um das erste Gelenk herum ausgeformt sind.
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Um zwischen dem Rotor und der inneren Nockenwelle ein möglichst hohes Drehmoment zu übertragen, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Rotor und der inneren Nockenwelle eine möglichst hohe Normalkraft vorliegt. Dazu ist es vorteilhaft, wenn eine zulässige Flächenpressung nicht überschritten wird. Daher ist es vorteilhaft, wenn eine Kugelgelenkfläche des ersten Gelenks näherungsweise konturgleich zu einer Kugelgelenkfläche des zweiten Gelenks ausgebildet ist und/oder ein Radius des ersten Kugelgelenks näherungsweise gleich einem Radius des zweiten Kugelgelenks ist. Es ist ebenso vorteilhaft und zusätzlich oder alternativ beanspruchbar, wenn eine Kugelgelenkfläche des ersten Kugelgelenks näherungsweise gleich einer Kugelgelenkfläche des zweiten Kugelgelenks ist. Bevorzugt ist es, wenn ein Anteil in axialer Richtung der Kugelgelenkfläche des ersten Kugelgelenks näherungsweise gleich einem Anteil in axialer Richtung der Kugelgelenkfläche des zweiten Kugelgelenks ist. Sowohl für die näherungsweise Gleichheit der Radien der Kugelgelenke wie auch für die näherungsweise Gleichheit der Kugelgelenkflächen der Kugelgelenke gilt, dass eine Abweichung von weniger als 30% bevorzugt ist. Noch stärker bevorzugt ist eine Abweichung von weniger als 15%, und eine Abweichung von weniger als 7,5% ist am stärksten bevorzugt. Die Abweichung der Radien und insbesondere der Kugelgelenkflächen soll dabei bevorzugt bei angenommen axial ideal fluchtenden Nockenwellen gemessen werden, um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Aus technischer Sicht ist die Gleichheit/Ähnlichkeit der Flächen die ein Gelenk bilden von großem Vorteil. Es ist jedoch nicht zwingend die Flächen der beiden Gelenke zueinander entsprechend abzustimmen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Nockenwellenversteller-Nockenwellenkombination mit einem erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller, wobei die äußere Nockenwelle drehfest am Stator festgelegt ist und die innere Nockenwelle drehfest am Rotor festgelegt ist.
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Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, den Stand der Technik dahingehend zu erweitern, dass ein zusätzliches Kugelgelenk bzw. zwei weitere Rundungen vorgesehen sind, nämlich zwischen dem Schraubenkopf und einer an dem Rotor gebildeten Gegenfläche. Das heißt, es werden zwei Kugelgelenke mit insgesamt vier Rundungen an den jeweiligen Kontaktflächen vorgeschlagen. Es wird also vorgeschlagen, den Rotor und die Nockenwelle dahingehend zu modifizieren, dass sie ein Kugelgelenk bilden. Es ist dabei möglich, die Konturen bzw. Geometrien des Kugelgelenks an einem Zusatzelement vorzusehen. Es ist ebenso möglich, die Konturen bzw. Geometrien direkt an den jeweiligen Teilen, wie beispielsweise einer Nockenwelle, einem Rotor und/oder einer Schraube, vorzusehen bzw. einzubringen. Dies hat zur Folge, dass sozusagen ein doppeltes Kugelgelenk gebildet wird. Daher sind bei einem Aufbringen einer Axialkraft, also beim Verschrauben, wegen der (vier) Rundungen zwischen der Schraube und dem Rotor und dem Rotor und der Nockenwelle keine planparallelen Flächen mehr vorhanden, an welchen sich die verspannten Bauteile ausrichten könnten. Somit richtet sich der Rotor des Nockenwellenverstellers ein einem Axiallager, welches beispielsweise durch den Stator gebildet wird, aus. Somit ist der Rotor des Nockenwellenverstellers gemäß einem sich aus der Stellung der Nockenwelle zueinander ergebenden Schrägstellungswinkel zur inneren Nockenwelle ausgerichtet, das heißt schräg zu der inneren Nockenwelle. Es ist besonders bevorzugt, falls die Radien der jeweiligen Kugelgelenke einen ähnlichen Radius aufweisen, da dies eine möglichst große bzw. gleich große Kontaktfläche ermöglicht. Eine große Kontaktfläche ermöglicht große Vorspannkräfte, ohne die zulässigen Flächenpressungen zu überschreiten. Somit kann ein hohes Drehmoment zwischen dem Rotor und der inneren Nockenwelle übertragen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von fünf Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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3 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß einer dritten Ausführungsform,
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4 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß einer vierten Ausführungsform,
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5 eine Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller mit einem Rotor und einem Stator gemäß einer fünften Ausführungsform,
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6 eine Draufsicht auf eine dem Rotor zugewandte Stirnfläche der inneren Nockenwelle gemäß der fünften Ausführungsform, und
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7 einen Längsschnitt durch ein Beispiel zum Bereich der Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente bzw. vergleichbare Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einen Ausführungsform können auch in den anderen Ausführungsformen enthalten sein. Sie sind also untereinander austauschbar.
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Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 1 beschrieben. Die 1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1, der einen Stator 2, einen Rotor 3 und eine Schraube bzw. Zentralschraube 4 beinhaltet. Der Stator 2 ist mit einer äußeren Nockenwelle 5 fest verbunden. Die Schraube 4 ist über ein Gewinde 6 mit einer inneren Nockenwelle 7 verbunden. Der Rotor 3 wird in einer Axialrichtung bzw. in Richtung einer die Längsrichtung bestimmenden Rotationsachse A des Nockenwellenverstellers 1 an Innenwänden 8 des Stators 2 axial geführt.
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Der Rotor 3 liegt über ein erstes Gelenk/Kugelgelenk 9 an einer Strinfläche und/oder einer Mantelfläche der inneren Nockenwelle 7 an. Im ersten Ausführungsbeispiel ist nur ein Anliegen an der Mantelfläche festzustellen. Im ersten Gelenk/Kugelgelenk 9 ist eine erste ballige Kontaktfläche 27 vorhanden.
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Dabei ist eine nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 konvex geformt, und ist eine rotorseitige Gelenkkontur 11 konkav geformt. Ferner liegt die Schraube 4 über ein zweites Gelenk/Kugelgelenk 12 an dem Rotor 3 an. Dabei ist eine rotorseitige Gelenkkontur 13 konkav geformt, und ist eine schraubenseitige Gelenkkontur 14 (siehe diesbezüglich auch 2) konvex geformt. Im zweiten Gelenk/Kugelgelenk 12 ist eine zweite ballige Kontaktfläche 28 vorhanden.
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Bei der ersten Ausführungsform wird das erste Kugelgelenk 9 nockenwellenseitig einstückig durch die innere Nockenwelle 7 gebildet, das heißt, dass die nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 eine Oberfläche der inneren Nockenwelle 7 ist. Ferner wird das erste Kugelgelenk 9 rotorseitig einstückig durch den Rotor 3 gebildet, das heißt, dass die rotorseitige Gelenkkontur 11 eine Oberfläche des Rotors 3 ist. Das zweite Kugelgelenk 12 wird rotorseitig einstückig durch den Rotor 3 gebildet, das heißt, dass die rotorseitige Gelenkkontur 13 eine Oberfläche des Rotors 3 ist. Das zweite Kugelgelenk 12 wird ferner schraubenseitig einstückig durch die Schraube 4 gebildet, das heißt, dass eine schraubenseitige Gelenkkontur eine Oberfläche der Schraube 4 ist.
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Die Darstellung der 1 zeigt die äußere Nockenwelle 5 und die innere Nockenwelle 7 ideal fluchtend an, das heißt, dass eine Mittelachse der äußeren Nockenwelle 5 und eine Mittelachse der inneren Nockenwelle 7 beide koaxial auf der eingezeichneten Längsachse A liegen. Dies geschieht zu Darstellungszwecken. Wenn ein Winkelfehler bzw. ein Winkelversatz zwischen der äußeren Nockenwelle 5 und der inneren Nockenwelle 7 auftritt, so kann der Rotor 3 an dem ersten Kugelgelenk 9 und an dem zweiten Kugelgelenk 12 eine taumelnde Bewegung um die innere Nockenwelle herum ausführen. Dabei wird der Rotor 3 durch den Stator 2 geführt.
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Dabei wird die nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 durch eine Oberfläche 15 der inneren Nockenwelle 7 gebildet, welche radial von der inneren Nockenwelle 7 auskragt. Diese Bezeichnung „radial auskragende Oberfläche” der Oberfläche 15 ist nicht so zu verstehen, dass die nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 im Wesentlichen in einer radialen Ebene liegt, sondern dass die Oberfläche 15 an einem radial von einem Hauptkörper der inneren Nockenwelle 7 auskragt. Ferner dient diese Begrifflichkeit einer Abgrenzung von einer nachfolgend beschriebenen Stirnfläche. Dementsprechend ist die rotorseitige Gelenkkontur 11 eine radiale Innenoberfläche des Rotors 3. Für die radiale Innenoberfläche 16 des Rotors 3 gilt gegengleich bzw. komplementär das zur radialen Oberfläche 15 der inneren Nockenwelle 7 Beschriebene. Demgegenüber wird die rotorseitig Gelenkkontur 13 durch eine Stirnseite 17 des Rotors 3 gebildet, und wird die schraubenseitige Gelenkkontur 14 durch eine Stirnseite 18 der Schraube 4 gebildet.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 2 beschrieben. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird die nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 durch eine Stirnseite 19 der inneren Nockenwelle 7 gebildet, und wird die rotorseitige Gelenkkontur 11 des ersten Kugelgelenks 9 durch eine der inneren Nockenwelle 7 zugewandte Stirnseite 20 des Rotors 3 gebildet. Bei dem zweiten Kugelgelenk 12 wird die rotorseitige Gelenkkontur 13 wieder durch die Stirnseite 17 des Rotors 3 gebildet.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist die Stirnseite 18 der Schraube 4 im Wesentlichen in einer Radialebene um die Rotationsachse A herum gebildet. Zwischen der Stirnseite 18 und der rotorseitigen Gelenkkontur 13 ist ein Ausgleichsteil 21 vorgesehen. Das Ausgleichsteil 21 liegt mit einer planen Oberfläche an der Stirnseite 18 der Schraube 4 an. Die schraubenseitige Gelenkkontur 14 ist an dem Ausgleichsteil 21 gebildet. Somit liegt das Ausgleichsteil 21 mit der Gelenkkontur 14 an der Gelenkkontur 13 des Rotors 3 an. Das zweite Kugelgelenk 12 wird, mit anderen Worten beschrieben, rotorseitig einstückig durch den Rotor 3 gebildet und wird schraubenseitig durch Zwischenschalten des Ausgleichsteils 21 gebildet.
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Im Übrigen gilt das zur ersten Ausführungsform Beschriebene.
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Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 3 beschrieben. Bei dieser dritten Ausführungsform wird das erste Kugelgelenk 9 nockenwellenseitig durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteils 22 gebildet, und wird rotorseitig durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteils 23 gebildet. Ferner wird das zweite Kugelgelenk 12 rotorseitig durch Zwischenschalten eines Ausgleichsteils 24 gebildet, und wird schraubenseitig durch Zwischenschalten des Ausgleichsteils 21 gebildet. Das heißt, dass die innere Nockenwelle 7 mit ihrer Stirnseite 19 an dem Ausgleichsteil 22 anliegt, dass der Rotor 3 mit seiner Stirnfläche 20 an dem Ausgleichsteil 23 anliegt, dass das Ausgleichsteil 22 die nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 ausbildet, dass das Ausgleichsteil 23 die rotorseitige Gelenkkontur 11 ausbildet, und dass das Ausgleichsteil 22 mit der nockenwellenseitigen Gelenkkontur 10 an der rotorseitigen Gelenkkontur 11 des Ausgleichsteils 23 anliegt.
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Bei dem zweiten Kugelgelenk 12 verhält es sich so, dass der Rotor 3 mit der Stirnseite 17 an dem Ausgleichsteil 24 anliegt, das die Schraube 4 mit der Stirnseite 18 an dem Ausgleichsteil 21 anliegt, dass das Ausgleichsteil 21 die schraubenseitige Gelenkkontur 14 ausbildet, dass das Ausgleichsteil 24 die rotorseitige Gelenkkontur 13 ausbildet, und dass das Ausgleichsteil 24 mit der rotorseitigen Gelenkkontur 13 an der schraubenseitigen Gelenkkontur 14 des Ausgleichsteils 21 anliegt.
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Eine axiale Komponente des ersten Kugelgelenks 9 bzw. ein zur Längsrichtung normaler Flächenanteil des ersten Kugelgelenks 9 ist näherungweise gleich bzw. gleich groß wie eine axiale Komponente des zweiten Kugelgelenks 12 bzw. ein zur Längsrichtung normaler Flächenanteil des ersten Kugelgelenks 12. Daher ist eine Flächenpressung der Gelenkkonturen 10, 11, 13 und 14, welche durch eine Axialkraft zwischen der Schraube 4 und der inneren Nockenwelle 7 erzeugt wird, näherungsweise gleich bzw. gleich groß.
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Im Übrigen gilt das zu den voranstehenden Ausführungsformen Beschriebene.
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Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 4 beschrieben. Bei der vierten Ausführungsform wird das erste Kugelgelenk 9 nockenwellenseitig durch Zwischenschalten des Ausgleichsteils 22 gebildet, und wird rotorseitig durch Zwischenschalten des Ausgleichsteils 23 gebildet.
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Bei dieser vierten Ausführungsform wird das zweite Kugelgelenk 12 rotorseitig durch Zwischenschalten des Ausgleichsteils 24 und schraubenseitig einstückig durch die Schraube 4 gebildet. Das Ausgleichsteil 24 liegt an der Stirnseite 17 des Rotors 3 an. In radialer Richtung ist zwischen dem Rotor 3 und dem Ausgleichsteil 24 ein Spalt S vorgesehen. Durch den Spalt S kann das Ausgleichsteil 24 an der Stirnseite 17 gleiten. Somit ist verhindert, dass bei einem starken Winkelversatz zwischen der inneren Nockenwelle 7 und der äußeren Nockenwelle 5 eine Zwangskraft in radialer Richtung von der Schraube 4 über das Ausgleichsteil 24 auf den Rotor 3 übertragen wird.
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Im Übrigen gilt das zu den voranstehenden Ausführungsformen Beschriebene.
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Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 5 und 6 beschrieben. Bei dieser fünften Ausführungsform wird das zweite Kugelgelenk 12 rotorseitig einstückig durch den Rotor 3 gebildet, und wird schraubenseitig durch das Zwischenschalten des Ausgleichsteils 21 gebildet.
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An der inneren Nockenwelle 7 ist eine Verzahnung 25 gebildet. Genauer gesagt ist die nockenwellenseitige Verzahnung 25 an der Stirnseite 19 der inneren Nockenwelle 7 gebildet. In Umfangsrichtung zwischen den einzelnen Zähnen der Verzahnung 25 ist an der Stirnseite 19 der inneren Nockenwelle 7 die nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 gebildet. Das heißt, dass das erste Kugelgelenk 9 nockenwellenseitig einstückig durch die innere Nockenwelle 7 gebildet ist.
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An der Stirnseite 20 des Rotors 3, welche zu der inneren Nockenwelle 7 weist, ist eine zu der Verzahnung 25 gegengleiche bzw. komplementäre Verzahnung 26 gebildet. In Umfangsrichtung zwischen den Zähnen der Verzahnung 26 bildet die Stirnseite 20 des Rotors 3 die rotorseitige Gelenkkontur 11. Das heißt, dass das erste Kugelgelenk 9 rotorseitig einstückig durch den Rotor 3 gebildet ist.
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Also ermöglichen bei der fünften Ausführungsform das erste Kugelgelenk 9 und das zweite Kugelgelenk 12 eine Taumelbewegung des Rotors 3 relativ zu der inneren Nockenwelle 7. Ein Drehmoment bzw. eine rotatorische Leistung kann zwischen dem Rotor 3 und der inneren Nockenwelle 7 über die nockenwellenseitige Verzahnung 25 und die rotorseitige Verzahnung 26 übertragen werden.
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Die 6 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite 19 der inneren Nockenwelle 7. Zu sehen sind die nockenwellenseitigen Gelenkkontur 10 und die nockenwellenseitige Verzahnung 25. Bei der fünften Ausführungsform umfasst die Verzahnung 25 beispielsweise fünf Zähne. Dies ist lediglich exemplarisch, und soll nicht beschränkend verstanden werden. Wie aus der Darstellung der 6 zu erkennen ist, sind in Umfangsrichtung U abwechselnd je ein Zahn der Verzahnung 25 und je ein Flächenabschnitt der nockenwellenseitigen Gelenkkontur 10 an der Stirnseite 19 der inneren Nockenwelle 7 gebildet.
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Im Übrigen gilt das zu den voranstehenden Ausführungsformen Beschriebene.
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Die 7 illustriert ein Beispiel zum Bereich der Erfindung. Gleiche oder vergleichbare Elemente sind mit denselben Bezugszeichen markiert und werden daher nicht erneut beschrieben.
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Bei dem in 7 dargestellten Nockenwellenversteller 1 wird der Rotor 3 axial nicht durch eine Schraube bzw. Zentralschraube, sondern lediglich durch eine Anlage an die Innenwände 8 des Stators 2 gesichert.
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Das erste Kugelgelenk 9 wird nockenwellenseitig einstückig durch die innere Nockenwelle 7 gebildet, und wird rotorseitig einstückig durch den Rotor 3 gebildet. Das heißt, dass die Stirnseite 19 der inneren Nockenwelle 7 die nockenwellenseitige Gelenkkontur 10 bildet, und dass die rotorseitige Stirnseite 20 des Rotors 3, welche der inneren Nockenwelle 7 zugewandt ist, die rotorseitige Gelenkkontur 11 bildet. An der nockenwellenseitigen Stirnseite 19 ist des Weiteren die Verzahnung 25 angebracht, und an der rotorseitigen Stirnseite 20 ist die Verzahnung 26 angebracht. Die nockenwellenseitige Verzahnung 25 und die rotorseitige Verzahnung 26 sind gegengleich bzw. komplementär zueinander gebildet.
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Mit anderen Worten, ist ein Unterschied zwischen der fünften Ausführungsform der Erfindung und dem anhand der 7 illustrierten Beispiel zum Bereich der Erfindung darin zu sehen, dass der Rotor 3 des in 7 gezeigten Nockenwellenverstellers 1 nicht durch eine Axialkraft einer Schraube an der inneren Nockenwelle 7 gelagert ist. Vielmehr ist der Rotor 3 des Nockenwellenverstellers 1, wie in 7 gezeigt, schwimmend gelagert. Die schwimmende Lagerung, in Verbindung mit dem ersten Kugelgelenk 9, ermöglicht eine Taumelbewegung des Rotors 3 an der inneren Nockenwelle 7. Somit kann auch bei dem Nockenwellenversteller 1 des anhand der 7 gezeigten Beispiels zum Bereich der Erfindung ein Winkelversatz zwischen der inneren Nockenwelle 7 und der äußeren Nockenwelle 5 ausgeglichen werden. Gleichzeitig kann über die Verzahnungen 25 und 26 ein Drehmoment von dem Rotor 3 auf die innere Nockenwelle 7 übertragen werden.
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Im Übrigen gilt das zu den voranstehenden Ausführungsformen Beschriebene.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Schraube/Zentralschraube
- 5
- äußere Nockenwelle
- 6
- Gewinde
- 7
- innere Nockenwelle
- 8
- Innenwand
- 9
- erstes Gelenk/erstes Kugelgelenk
- 10
- nockenwellenseitige Gelenkkontur
- 11
- rotorseitige Gelenkkontur
- 12
- zweites Gelenk/zweites Kugelgelenk
- 13
- rotorseitige Gelenkkontur
- 14
- schraubenseitige Gelenkkontur
- 15
- radiale Oberfläche
- 16
- radiale Innenoberfläche
- 17
- rotorseitige Stirnseite
- 18
- schraubenseitige Stirnseite
- 19
- nockenwellenseitige Stirnseite
- 20
- rotorseitige Stirnseite
- 21
- schraubenseitiges Ausgleichsteil
- 22
- nockenwellenseitiges Ausgleichsteil
- 23
- rotorseitiges Ausgleichsteil
- 24
- rotorseitiges Ausgleichsteil
- 25
- nockenwellenseitige Verzahnung
- 26
- rotorseitige Verzahnung
- 27
- erste ballige Kontaktfläche
- 28
- zweite ballige Kontaktfläche
- A
- Rotationsachse
- S
- Spalt
- U
- Umfangsrichtung
