DE102017111035B3

DE102017111035B3 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102017111035B3
Application number: DE102017111035.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Hildebrand; Jürgen Weber; Daniel Heise; Peter Zierer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2037-05-23
Also published as: CN110651104A; WO2018215009A1; CN110651104B

Abstract

Ein Nockenwellenversteller umfasst ein als Wellgetriebe ausgebildetes Stellgetriebe (2), wobei ein Gehäuse (4) des Stellgetriebes (2) rotierbar ist, ein flexibles, als Kragenhülse (14) ausgebildetes Getriebeelement des Wellgetriebes (2) mittels eines Pressverbands mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, sowie auf der der zu verstellenden Nockenwelle (7) abgewandten Stirnseite des Stellgetriebes (2) ein Frontdeckel (20) der Kragenhülse (14) vorgesetzt ist, welcher die Kragenhülse (14) sowohl radial nach außen als auch radial nach innen überragt und gegenüber dem Gehäuse (4) statisch sowie gegenüber einer Verstellwelle (3) des Stellgetriebes (2) dynamisch abgedichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen durch einen Elektromotor betätigbaren Nockenwellenversteller, welcher ein Stellgetriebe in Form eines Wellgetriebes umfasst, das ein flexibles Getriebeelement aufweist, welches als Kragenhülse ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller für Verbrennungsmotoren sind mit verschiedenen Typen von Dreiwellengetrieben realisierbar. Neben Doppelexzentergetrieben und Planetengetrieben kommen insbesondere Wellgetriebe als Dreiwellengetriebe in Betracht. Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem verformbaren Getriebeelement. Im einfachsten Fall weist ein solches verformbares Getriebeelement eine reine Ringform auf, wobei es als Flexring bezeichnet wird. Ebenso kann ein flexibles Getriebeelement eines Wellgetriebes einen radial nach innen oder nach außen weisenden Flansch aufweisen. Im erstgenannten Fall beschreibt das Getriebeelement eine Topfform, im letztgenannten Fall die Form einer Kragenhülse.
Verschiedene Bauformen von Wellgetrieben, welche jeweils ein als Kragenhülse ausgebildetes elastisches, verzahntes Getriebeelement umfassen, sind zum Beispiel aus den Dokumenten WO 2017/041802 A1 und DE 10 2016 207 046 A1 bekannt. Weitere Wellgetriebe mit Kragenhülsen gehen aus DE 11 2013 002 253 T5 und DD 233 401 A1 hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller mit einem Wellgetriebe gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich eines besonders kompakten und fertigungsfreundlichen Aufbaus weiterzuentwickeln, wobei zugleich eine hohe Betriebssicherheit und eine Eignung für gedichtete Trockenriemenanwendungen gegeben sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Nockenwellenversteller weist ein als Wellgetriebe ausgebildetes Stellgetriebe auf, wobei ein Gehäuse des Stellgetriebes rotierbar ist. Ein flexibles, als Kragenhülse ausgebildetes Getriebeelement des Wellgetriebes ist mittels eines Pressverbands mit dem Gehäuse verbunden. Der Kragenhülse ist auf der der zu verstellenden Nockenwelle abgewandten Stirnseite des Stellgetriebes ein Frontdeckel vorgesetzt, welcher die Kragenhülse sowohl radial nach außen als auch radial nach innen überragt und gegenüber dem Gehäuse statisch sowie gegenüber einer Verstellwelle des Stellgetriebes dynamisch abgedichtet ist.
Die mittels Pressverband am Gehäuse angebundene Kragenhülse ist durch den Frontdeckel, welcher auf unterschiedliche Weise sowohl gegenüber dem Gehäuse als auch gegenüber der Verstellwelle abgedichtet ist, in besonders geschützter Weise im Stellgetriebe aufgenommen, wobei durch den Frontdeckel kaum zusätzlicher Raumbedarf gegeben ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist zusätzlich zur Kragenhülse auch der Frontdeckel mittels einer Pressverbindung mit dem Gehäuse des Stellgetriebes verbunden. Zwischen den Frontdeckel einerseits und das Gehäuse oder ein mit dem Gehäuse verbundenes Teil andererseits kann beispielsweise eine O-Ring-Dichtung als statische Dichtung eingesetzt sein. Die O-Ring-Dichtung kann hierbei in einer Nut im Gehäuse und/oder in einer Nut im Frontdeckel einliegen.
Der Pressverband, mit welchem die Kragenhülse am Gehäuse des Stellgetriebes gehalten ist, ist beispielsweise zwischen einer Axiallagerscheibe und dem Gehäuse selbst gebildet, womit auch die Axiallagerscheibe befestigt ist. Die gehäusefeste Axiallagerscheibe ist hierbei zur axialen Lagerung eines mit der Kragenhülse zusammenwirkenden, in sich starren, beispielsweise als Hohlrad ausgebildeten Getriebeelementes vorgesehen.
Eine zur Mittelachse des Stellgetriebes und damit zur Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle normale Ebene schneidet in besonders raumsparender Gestaltung sowohl den Pressverband zwischen dem Gehäuse und der Kragenhülse als auch die Pressverbindung zwischen dem Frontdeckel und dem Gehäuse. Darüber hinaus schneidet diese Ebene vorzugsweise auch die dynamische Dichtung, mit welcher der Frontdeckel gegenüber der Verstellwelle abgedichtet ist.
Der Frontdeckel nimmt vorzugsweise eine axiale Sicherungsfunktion wahr, indem er zumindest eine Komponente eines Wellgenerators des Stellgetriebes in Axialrichtung abstützt, das heißt einen in Axialrichtung wirksamen Anschlag bildet. Umfasst der Wellgenerator des Stellgetriebes ein Wälzlager, insbesondere Kugellager, so hat der Frontdeckel vorzugsweise eine in Axialrichtung wirksame Anschlagfunktion gegenüber dem Außenring des genannten Wälzlagers. In der entgegengesetzten Axialrichtung ist der Außenring vorzugsweise durch ein Abtriebselement, insbesondere durch das oben genannte Hohlrad, abgestützt.
In besonders montagefreundlicher Gestaltung weist der Frontdeckel im Bereich seiner die Verbindung mit dem Gehäuse herstellenden Pressverbindung eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer trichterförmig nach außen gerichteten, als Einführschräge ausgebildeten Aufweitung auf.
Auf derjenigen Stirnseite des Stellgetriebes, welche dem Frontdeckel abgewandt ist, kann auf verschiedene Arten eine Abdichtung gegenüber weiteren Maschinenelementen gegeben sein. Beispielsweise ist eine Abdichtung in Form einer zwischen dem Gehäuse und der zu verstellenden Nockenwelle wirksamen Dichtung gegeben. Alternativ ist das als Ganzes rotierbare Gehäuse des Stellgetriebes gegenüber einem Zylinderkopf des den Nockenwellenversteller aufweisenden Verbrennungsmotors durch eine dynamische Dichtung abgedichtet.
Der Nockenwellenversteller ist insbesondere als elektromechanischer Versteller gestaltbar, welcher durch einen trocken laufenden Riementrieb angetrieben ist.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 in einer vereinfachten Schnittdarstellung ausschnittsweise ein erstes Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers,
2 in einer Darstellung analog 1 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, nämlich Hubkolbenmotor, vorgesehener Nockenwellenversteller 1 umfasst ein als Wellgetriebe ausgebildetes Stellgetriebe 2, welches mit Hilfe eines nicht dargestellten Elektromotors betätigbar ist. Die Motorwelle des Elektromotors ist drehfest mit einer Verstellwelle 3 verbunden, welche eine der drei Wellen des als Dreiwellengetriebe aufgebauten Stellgetriebes 2 darstellt. Die Funktion der zweiten Welle des Stellgetriebes 2 wird durch ein Gehäuse 4 übernommen, welches fest mit einem Riemenrad 5 verbunden ist. Das Riemenrad 5 wird in an sich bekannter Weise über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, wobei es mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Die dritte Welle des Stellgetriebes 2 liegt vor in Form eines Hohlrades 6. Das Hohlrad 6 ist als ausgangsseitiges Getriebeelement des Stellgetriebes 2 fest mit der zu verstellenden Nockenwelle, welche mit 7 bezeichnet ist, verbunden. In nicht dargestellter Weise ist der Verdrehwinkel zwischen dem Hohlrad 6 und dem Gehäuse 4 begrenzt. Dies kann mit Hilfe von Anschlagkonturen am Hohlrad 6 sowie am Gehäuse 4 oder mit Hilfe einer gesonderten, mit dem Hohlrad 6 verbundenen, zwischen Anschlägen am Gehäuse 4 verschwenkbaren Anschlagscheibe realisiert sein.
Die Verstellwelle 3 ist drehfest verbunden mit einem Innenring 8 eines Wellgenerators 9 des Stellgetriebes 2. Bei dem Innenring 8 handelt es sich um einen Lagerring eines Wälzlagers 10, welches weiter einen Außenring 11 sowie zwischen den Lagerringen 8, 11 abrollende Wälzkörper 12 umfasst, die in einem Kä13 geführt sind.
Der Innenring 8 ist ein ein in sich starres Bauteil mit nicht kreisrunder, elliptischer Außenkontur. Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei dem Außenring 11 um ein nachgiebiges Bauteil, welches sich permanent der unrunden Form des Innenrings 8 anpasst. Der Außenring 11 ist unmittelbar umgeben von einer Kragenhülse 14, welche ebenfalls als elastisch nachgiebiges Bauteil ausgebildet ist.
Eine Außenverzahnung der Kragenhülse 14 greift in an sich bekannter Weise an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen in eine Innenverzahnung des Hohlrades 6, das heißt eines in sich starren Getriebeelementes, ein. Mit einer geringfügig, nämlich um die Zahl zwei, unterschiedlichen Zähneanzahl der Außenverzahnung der Kragenhülse 14 einerseits und der Innenverzahnung des Hohlrades 6 andererseits wird erreicht, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 8 in eine lediglich geringfügige Verdrehung des Hohlrades 6 gegenüber dem Gehäuse 4 umgesetzt wird. Eine solche Verschwenkung zwischen dem Hohlrad 6 und dem Gehäuse 4 ist gleichbedeutend mit einer Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle 7 in Relation zur Kurbelwelle. Solange die Verstellwelle 3 dagegen mit der Drehzahl des Gehäuses 4 rotiert, bleibt die Phasenlage der Nockenwelle 7 unverändert.
Die Außenverzahnung der Kragenhülse 14 befindet sich an einem zylindrischen Abschnitt 15 der Kragenhülse, wobei ein unverzahnter Bereich des zylindrischen Abschnitts in Axialrichtung über die Außenverzahnung der Kragenhülse 14 hinausragt. Der unverzahnte Bereich des zylindrischen Abschnitts 15 geht über in einen radial nach außen gerichteten Flansch 16, das heißt einen Kragen der Kragenhülse 14. Axial zwischen dem Kragen 16 und dem Hohlrad 6 befindet sich eine Axiallagerscheibe 17, welche durch Einpressen zusammen mit der Kragenhülse 14 in dem Gehäuse 4 befestigt ist und der Axiallagerung des Hohlrades 6 dient.
Der Flansch 16 des elastischen Getriebeelementes, das heißt der Kragenhülse 14, geht an dessen Außenumfang über in einen zylindrischen Montageabschnitt 18, welcher fest mit dem Gehäuse 4 verbunden ist. Hierbei ist eine feste Verbindung zwischen der Kragenhülse 14 und dem Gehäuse 4 durch einen Pressverband gebildet, wobei der zylindrische Montageabschnitt 18 in einen Ringraum zwischen der Axiallagerscheibe 17 und einem zylindrischen Randabschnitt 19 des Gehäuses 4 eingreift.
Auf der Außenseite des Randabschnitts 19 ist eine weitere Pressverbindung zwischen einem Frontdeckel 20 und dem Gehäuse 4 gebildet. Ein in den symbolisierten Darstellungen nach 1 und 2 erkennbarer radialer Abstand zwischen dem Randabschnitt 19 des Gehäuses 4 und einem äußerem zylindrischen Abschnitt 21 des Frontdeckels 20 ist durch die zwischen den Teilen 20, 4 hergestellte Pressverbindung tatsächlich geschlossen. Der Rand des zylindrischen Abschnitts 21 ist in Form einer Fase etwas aufgeboben, was montagetechnisch von Vorteil ist. Eine zwischen dem Randabschnitt 19 und dem äußeren zylindrischen Abschnitt 21 angeordnete Dichtung 22, welche als O-Ring-Dichtung oder als Formdichtung ausgebildet sein kann, liegt in einer Nut 23 ein, welche sich an der Mantelfläche des Randabschnitts 19 befindet.
An den äußeren zylindrischen Abschnitt 21 schließt sich ein äußerer Scheibenabschnitt 24 an, welcher als integraler Bestandteil des Frontdeckels 20 in Radialrichtung sowohl nach außen als auch nach innen über die Kragenhülse 14 hinausragt. An seinem inneren Rand geht der äußere Scheibenabschnitt 24 in einen mittleren zylindrischen Abschnitt 25 des Frontdeckels 20 über, welcher sich in Axialrichtung bis zum Wälzlager 10 erstreckt und dessen Außenring 11 in Axialrichtung gegen Herauswandern aus dem Stellgetriebe 2 sichert.
An den mittleren zylindrischen Abschnitt 25 schließt sich ein innerer Scheibenabschnitt 26 an, welcher sich in Radialrichtung nach innen bis auf Höhe des Innenrings 8 erstreckt. Der innere Scheibenabschnitt 26 letztlich geht über in einen inneren zylindrischen Abschnitt 27, welcher - ebenso wie der äußere zylindrische Abschnitt 21 und der mittlere zylindrische Abschnitt 25 - konzentrisch zur Mittelachse M des Nockenwellenverstellers 1 geformt ist.
Der innere zylindrische Abschnitt 27 des Frontdeckels 20 ist gegenüber der Verstellwelle 3 durch eine dynamische Dichtung 28 in Form eines Radialwellendichtrings abgedichtet. Im Inneren der Verstellwelle 3 befindet sich ein Dichtstopfen, der nach der Montage der in die Nockenwelle 7 einzuschraubenden Zentralschraube eingepresst wird und als statische Dichtung wirkt, welche das Stellgetriebe 2 abdichtet. Die Dichtung 28 befindet sich in einer zur Mittelachse M normalen Ebene E, welche darüber hinaus auch die Axiallagerscheibe 17 sowie die beiden Pressverbindungen, mit welchen die Kragenhülse 14 sowie der Frontdeckel 20 am Gehäuse 4 gehalten sind, schneidet.
Abdichtungen auf der dem Frontdeckel 20 abgewandten Stirnseite des Stellgetriebes 2 sind bei den beiden in den Figuren skizzierten Bauformen des Nockenwellenverstellers 1 unterschiedlich gestaltet: Während im Fall von 1 eine zwischen dem Gehäuse 4 und der Nockenwelle 7 wirksame Dichtung 29 vorgesehen ist, ist das Gehäuse 4 im Fall von 2 mit Hilfe einer Dichtung 30 gegenüber dem mit 31 bezeichneten Zylinderkopf des Verbrennungsmotors abgedichtet. Der das Riemenrad 5 antreibende Zahnriemen läuft in einem nicht mit Öl geschmierten, das heißt trockenen Bereich des Verbrennungsmotors.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Stellgetriebe
3: Verstellwelle
4: Gehäuse
5: Riemenrad
6: Hohlrad
7: Nockenwelle
8: Innenring
9: Wellgenerator
10: Wälzlager, Kugellager
11: Außenring
12: Wälzkörper
13: Käfig
14: Kragenhülse, elastisches Getriebeelement
15: Zylindrischer Abschnitt
16: Flansch
17: Axiallagerscheibe
18: Montageabschnitt
19: Randabschnitt
20: Frontdeckel
21: Äußerer zylindrischer Abschnitt
22: Dichtung
23: Nut
24: Äußerer Scheibenabschnitt
25: Mittlerer zylindrischer Abschnitt
26: Innerer Scheibenabschnitt
27: Innerer zylindrischer Abschnitt
28: Dichtung
29: Dichtung
30: Dichtung
31: Zylinderkopf
M: Mittelachse
E: Ebene

Claims

Nockenwellenversteller, mit einem als Wellgetriebe ausgebildeten Stellgetriebe (2), wobei ein Gehäuse (4) des Stellgetriebes (2) rotierbar ist, ein flexibles, als Kragenhülse (14) ausgebildetes Getriebeelement des Wellgetriebes (2) mittels eines Pressverbands mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, sowie auf der der zu verstellenden Nockenwelle (7) abgewandten Stirnseite des Stellgetriebes (2) ein Frontdeckel (20) der Kragenhülse (14) vorgesetzt ist, welcher die Kragenhülse (14) sowohl radial nach außen als auch radial nach innen überragt und gegenüber dem Gehäuse (4) statisch sowie gegenüber einer Verstellwelle (3) des Stellgetriebes (2) dynamisch abgedichtet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frontdeckel (20) mittels einer Pressverbindung mit dem Gehäuse (4) verbunden ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frontdeckel (20) mittels einer O-Ring-Dichtung (22) gegenüber dem Gehäuse (4) abgedichtet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressverband, mit welchem die Kragenhülse (14) am Gehäuse (4) gehalten ist, zwischen einer gehäusefesten Axiallagerscheibe (17), welche zur axialen Lagerung eines mit der Kragenhülse (14) zusammenwirkenden, in sich starren Getriebeelementes (6) vorgesehen ist, und dem Gehäuse (4) gebildet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Mittelachse (M) des Stellgetriebes (2) normale Ebene (E) sowohl den Pressverband zwischen dem Gehäuse (4) und der Kragenhülse (14) als auch die Pressverbindung zwischen dem Frontdeckel (20) und dem Gehäuse (4) schneidet.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frontdeckel (20) eine in Axialrichtung wirksame Sicherung gegenüber einem Wellgenerator (9) des Stellgetriebes (2) bildet.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellgenerator (9) ein Wälzlager (10) umfasst, dessen Außenring (11) durch den Frontdeckel (20) in Axialrichtung gesichert ist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frontdeckel (20) im Bereich seiner die Verbindung mit dem Gehäuse (4) herstellenden Pressverbindung eine zylindrische Form mit einer nach außen gerichteten, als Einführschräge ausgebildeten Aufweitung aufweist.
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Gehäuse (4) und der zu verstellenden Nockenwelle (7) wirksamen Dichtung (29).
Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Gehäuse (4) und einem Zylinderkopf (31) wirksame Dichtung (30).