DE102015200145A1

DE102015200145A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102015200145A1
Application number: DE102015200145.8A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: CN107109971A; WO2016110286A1; DE102015200145B4; CN107109971B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle (1) und einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein zumindest mittelbar über eine Kette oder einen Riemen drehfest mit der Kurbelwelle (1) verbindbares Antriebsrad (3) sowie einen zumindest mittelbar drehfest mit dem Antriebsrad (3) verbindbaren Stator (4) und einen zumindest mittelbar drehfest mit der Nockenwelle (2) verbindbaren Rotor (5), wobei der Rotor (5) und der Stator (4) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Rotor (5) radial nach außen angeordnete Flügel (6a–6d) aufweist, die zwischen radial nach innen angeordnete Trennelemente (7a–7d) des Stators (4) eingreifen. Erfindungsgemäß sind die Flügel (6a–6d) zur Einstellung eines Verstellwinkels (8) des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsfläche (9) des Rotors (5) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, umfassend ein zumindest mittelbar über eine Kette oder einen Riemen drehfest mit der Kurbelwelle verbindbares Antriebsrad sowie einen zumindest mittelbar drehfest mit dem Antriebsrad verbindbaren Stator und einen zumindest mittelbar drehfest mit der Nockenwelle verbindbaren Rotor, wobei der Rotor und der Stator relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Rotor radial nach außen angeordnete Flügel aufweist, die zwischen radial nach innen angeordnete Trennelemente des Stators eingreifen.
Gebiet der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel einstellen zu können. Der Nockenwellenversteller ist in einem Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein. Darüber hinaus ist der Nockenwellenversteller drehfest mit einer Nockenwelle verbunden und weist eine oder mehrere Druckkammern auf, mittels derer die Phasenrelation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle gezielt verändert werden kann.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers entweder über eine Veränderung einer Umfangsweite von jeweiligen Flügeln des Rotors oder über eine Veränderung einer Umfangsweite von jeweiligen Trennelementen des Stators eingestellt wird.
Beispielsweise geht aus der DE 10 2005 041 282 A1 ein Nockenwellenversteller hervor, bei dem der Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers über die Umfangsweite der Flügel des Rotors eingestellt wird. Dieser weist ein Flügelglied mit fünf Blättern auf, das fest verbunden ist mit einem Nockenwellenende und das drehbar angeordnet ist in einem Phasenumwandler-Gehäuse, das integral mit einem Kettenrad ausgebildet ist, welches durch eine Motorkurbelwelle angetrieben wird. Fünf Phasennachverstellungs-Kammern und fünf Phasenvorverstellungs-Kammern werden durch die fünf Blätter des Flügelglieds und das Gehäuse definiert zum Bewirken einer Phasenänderung des Flügelglieds relativ zu dem Gehäuse. Die Umfangsweite jedes Blattes eines ersten Blattpaares, dessen Blätter an beiden Seiten eines ersten Blattes angeordnet sind, das eine maximale Umfangsweite besitzt, ist so dimensioniert, dass sie geringer ist als eine Umfangsweite jedes Blattes eines zweiten Blattpaares, dessen Blätter in Umfangsrichtung mehr von dem ersten Blatt beabstandet sind als das erste Paar. Die Umfangsweite jedes Blattes des zweiten Blattpaares ist so dimensioniert, dass sie geringer ist als die maximale Umfangsweite des ersten Blattes.
Nachteilig an dem zuvor genannten Stand der Technik ist, dass die Einstellung des Verstellwinkels des Nockenwellenverstellers mit einer Gewichtszunahme des gesamten Nockenwellenverstellers einhergeht. Dadurch wird sowohl der Wirkungsgrad des Nockenwellenverstellers herabgesetzt als auch die Herstellungskosten erhöht.
Aufgabenstellung
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Nockenwellenversteller zu schaffen, der eine kostengünstige und fertigungstechnisch optimierte Einstellung des Verstellwinkels realisiert.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß sind die Flügel zur Einstellung eines Verstellwinkels des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsfläche des Rotors ausgebildet. Mit anderen Worten wird im Vergleich zum Stand der Technik ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers nicht über eine Veränderung der Umfangsweite der jeweiligen Flügel des Rotors oder der jeweiligen Trennelemente des Stators eingestellt, sondern über die Position des jeweiligen Flügels am Rotor. Mithin ist es möglich alle Flügel abmaßtechnisch identisch, insbesondere identisch schmal auszubilden und somit eine gewichtsneutrale Einstellung des Verstellwinkels zu realisieren.
Vorzugsweise weicht höchstens ein Flügel abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln ab. Insbesondere führt der höchstens eine Flügel, der abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln abweicht, ein Verriegelungselement. Das Verriegelungselement ist insbesondere in einer axialen Bohrung in dem höchstens einen Flügel geführt und fixiert die Winkellage des Rotors gegenüber dem Stator. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn sich in den Druckkammern zwischen Rotor und Stator noch kein ausreichender Druck an Hydraulikflüssigkeit aufgebaut hat, um den Rotor durch die Hydraulikflüssigkeit in einer bestimmten Winkellage zu halten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor vier Flügel auf, wobei drei Flügel identisch ausgebildet sind. Vorzugsweise weist der Stator vier identisch ausgebildete Trennelemente auf.
Besonders bevorzugt beträgt ein Winkel zwischen zwei Flügeln mindestens 107°, wobei daraus ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers von höchstens 42° resultiert. Des Weiteren bevorzugt beträgt ein Winkel zwischen zwei Flügel höchstens 139°, wobei daraus ein Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers von mindestens 10° resultiert. Mithin ist jeder Winkel zwischen zwei Flügel, der sich in einem Bereich von 107° bis 139° befindet, dazu vorgesehen den Verstellwinkel einzustellen.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mindestens zwei Flügel lediglich eine Anschlagposition an einem jeweiligen Trennelement aufweisen. Mit anderen Worten weist mindestens ein erster Flügel eine Anschlagposition an einem ersten Trennelement, wobei mindestens ein zweiter Flügel eine Anschlagposition an einem zweiten Trennelement aufweist. Somit kommt bei einer Relativdrehung zur einen Seite lediglich der mindestens eine erste Flügel an einem ersten Trennelement zur Anlage und bei einer Relativdrehung zur anderen Seite lediglich der mindestens eine zweite Flügel an einem zweiten Trennelement zur Anlage. Mithin werden die mindestens zwei Flügel einseitig belastet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Rotor und/oder im Stator mindestens eine Aussparung zur Beseitigung von Unwucht im Nockenwellenversteller ausgebildet.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
1 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, umfassend Antriebsrad, Stator und Rotor, und
2 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Gemäß der 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle 1 und einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine ein Antriebsrad 3 sowie ein Stator 4 und ein Rotor 5 auf. Das Antriebsrad 3 ist über einen – gestrichelt gezeichneten – Riemen drehfest mit der Kurbelwelle 1 verbunden. Ferner ist der Stator 4 drehfest mit dem Antriebsrad 3 verbunden. Innerhalb des Stators 4 ist der Rotor 5 relativ verdrehbar zum Stator 4 angeordnet. Das Antriebsrad 3 wird von der Kurbelwelle 1 angetrieben, wobei der Rotor 5 drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist. Ferner weist der Rotor 5 vier radial nach außen angeordnete Flügel 6a–6d auf, die zwischen vier radial nach innen angeordnete Trennelemente 7a–7d des Stators 4 eingreifen. Die Trennelemente 7a–7d des Stators 4 sind identisch zueinander ausgebildet, wobei auch drei Flügel 6b–6d des Rotors 5 identisch zueinander ausgebildet sind. Der eine Flügel 6a, der abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln 6b–6d abweicht, führt ein Verriegelungselement 10.
Der Stator 4 und der Rotor 5 bilden gegeneinander wirkende Druckkammern 20, 21 aus. Die Druckkammern 20, 21 werden ausgehend von den Flügeln 6a–6d des Rotors 5 betrachtet als Frühdruckkammern 20 bezeichnet, wenn sie in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers gesehen vor einem Flügel 6a–6d des Rotors 5 liegen und als Spätdruckkammern 21 bezeichnet, wenn sie in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers gesehen nach einem Flügel 6a–6d des Rotors 5 liegen. Wenn beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit in die Frühkammern 20 gepumpt wird, werden die Flügel 6a–6d des Rotors 5, in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers vom Stator 4 aus gesehen, solange in Spät-Richtung geschoben, bis der Flügel 6c gegen das Trennelement 7c am Stator 4 anschlägt. Wird die Hydraulikflüssigkeit umgekehrt in die Spätkammern 21 gepumpt, werden die Flügel 6a–6d des Rotors 5, in Drehrichtung des Nockenwellenverstellers vom Stator 4 aus gesehen, solange in Früh-Richtung geschoben, bis der Flügel 6b gegen das Trennelemente 7a am Stator 4 anschlägt. Somit weisen die beiden Flügel 6b, 6c lediglich eine Anschlagposition an dem jeweiligen Trennelement 7a, 7c auf, was zu einer einseitigen Belastung des jeweiligen Flügels 6b, 6c führt. Mithin wird durch Druckmittelzufuhr zu einer Gruppe von Druckkammern 20 oder 21 bei gleichzeitigem Abfluss von Druckmittel aus der anderen Gruppe von Druckkammern 21 oder 20 die Phasenrelation des Rotors 5 relativ zu dem Stator 4 und damit die Phasenrelation der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle 1 variabel eingestellt.
Wie aus beiden Figuren hervorgeht sind die Flügel 6a–6d zur Einstellung eines Verstellwinkels 8 des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsfläche 9 des Rotors 5 ausgebildet. Dies ermöglicht eine gewichtsneutrale Einstellung eines Verstellwinkels 8 des Nockenwellenverstellers, so dass die Breite einzelner Flügel 6a–6d oder einzelner Trennelemente 7a–7d nicht unverändert bleibt. Zur Beseitigung von Unwucht im Nockenwellenversteller sind im Stator 4 eine Vielzahl von Aussparungen 12 ausgebildet.
Gemäß 1 beträgt ein Winkel 11 zwischen zwei Flügel 6b, 6c 139°, wobei daraus ein Verstellwinkel 8 des Nockenwellenverstellers von 10° resultiert.
Nach 2 beträgt ein Winkel 11 zwischen zwei Flügel 6b, 6c 107°, wobei daraus ein Verstellwinkel 8 des Nockenwellenverstellers von 42° resultiert.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwelle
2: Nockenwelle
3: Antriebsrad
4: Stator
5: Rotor
6a–6d: Flügel
7a–7d: Trennelement
8: Verstellwinkel
9: Außenumfangsfläche
10: Verriegelungselement
11: Winkel
12: Aussparung
20: Frühdruckkammer
21: Spätdruckkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005041282 A1 [0004]

Claims

Nockenwellenversteller zur Einstellung einer Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle (1) und einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine, umfassend ein zumindest mittelbar über eine Kette oder einen Riemen drehfest mit der Kurbelwelle (1) verbindbares Antriebsrad (3) sowie einen zumindest mittelbar drehfest mit dem Antriebsrad (3) verbindbaren Stator (4) und einen zumindest mittelbar drehfest mit der Nockenwelle (2) verbindbaren Rotor (5), wobei der Rotor (5) und der Stator (4) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei der Rotor (5) radial nach außen angeordnete Flügel (6a–6d) aufweist, die zwischen radial nach innen angeordnete Trennelemente (7a–7d) des Stators (4) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (6a–6d) zur Einstellung eines Verstellwinkels (8) des Nockenwellenverstellers ungleichmäßig an einer Außenumfangsfläche (9) des Rotors (5) ausgebildet sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens ein Flügel (6a) abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln (6b–6d) abweicht.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der höchstens eine Flügel (6a), der abmaßtechnisch von den restlichen Flügeln (6b–6d) abweicht, ein Verriegelungselement (10) führt.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (11) zwischen zwei Flügel (6a–6d) mindestens 107° beträgt, wobei daraus ein Verstellwinkel (8) des Nockenwellenverstellers von höchstens 42° resultiert.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (11) zwischen zwei Flügel (6a–6d) höchstens 139° beträgt, wobei daraus ein Verstellwinkel (8) des Nockenwellenverstellers von mindestens 10° resultiert.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Flügel (6b, 6c) lediglich eine Anschlagposition an einem jeweiligen Trennelement (7a, 7c) aufweisen.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor (5) und/oder im Stator (4) mindestens eine Aussparung (12) zur Beseitigung von Unwucht im Nockenwellenversteller ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) vier Flügel (6a–6d) aufweist, wobei drei Flügel (6a–6c) identisch ausgebildet sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) vier identisch ausgebildete Trennelemente (7a–7d) aufweist.