DE102017123352A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung (1) zur Verstellung einer Winkellage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle (6). Der zugehörige Nockenwellenversteller (2) weist ein Antriebselement (3) und ein Abtriebselement (4) auf, wobei das Antriebselement (3) und das Abtriebselement (4) zur Einstellung der Winkellage relativ zueinander verdrehbar sind. Eine Zentralschraube (5) ist über ein Sägezahnaußengewinde (5a) ausschließlich mit einem entsprechenden Sägezahninnengewinde (6i) der Nockenwelle (6) in Eingriff, wobei das Abtriebselement (4) zur Nockenwelle (6) ausschließlich über das Zusammenwirken des Sägezahnaußengewindes (5a) der Zentralschraube (5) und dem Sägezahninnengewinde (6i) der Nockenwelle (6) zentriert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung. Die Nockenwellenverstellvorrichtung besitzt einen Nockenwellenversteller, der ein Antriebselement und ein Abtriebselement aufweist. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind zur Einstellung einer Winkellage mittels Hydraulikdruck relativ zueinander verstellbar. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist ferner eine Zentralschraube auf, die das Abtriebselement mit der Nockenwelle drehfest verbindet. Das Antriebselement wird auf der Nockenwelle über ein mit dem Antriebselement drehfest verbundenes Antriebsrad zentriert und gelagert. Das Abtriebselement ist auf der Zentralschraube zentriert und gelagert.
  • 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 einem Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnantrieb ausgebildet sein.
  • Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare von gegeneinander wirkenden 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 zur Verdrehrichtung sein.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 224 212 A1 offenbart eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Winkellage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle mit einem Nockenwellenversteller, der ein Antriebselement und ein Abtriebselement aufweist. Das Antriebselement ist auf der Nockenwelle über ein mit dem Antriebselement drehfest verbundenes Antriebsrad zentriert und/oder gelagert. Das Abtriebselement ist auf der Zentrierschraube zentriert und/oder gelagert. Die Zentralschraube ist fluidleitend ausgebildet und ausschließlich über deren Gewinde mit der Nockenwelle verbunden. Das Antriebselement wird ausschließlich über dieses Gewinde zur Nockenwelle zentriert.
  • Die Zentrierung der Abtriebseinheit über das Gewinde der Zentralschraube hat einen Nachteil, da die entstehende Toleranzkette groß ist. Hinzu kommt, dass die Herstellung (auch das Messen und Prüfen) der Gewinde mit engen Koaxialtoleranzen schwierig und unwirtschaftlich ist.
  • Ebenso existieren zwei ungünstige Situationen bei kurzen Zentralventilen. Eine erste ungünstige Situation ist dabei die Montierbarkeit des Zentralventils in der Nockenwelle mit dem Versteller, wenn der Versteller auf der Nockenwelle über den Rotor zentriert wird. In diesem Fall kann es nach der Toleranzanalyse bei ungünstigen Umständen, wie z. B. Koaxialität bzw. Achsversatz, vorkommen, dass sich das Zentralventil nicht montieren lässt. Eine weitere Problematik kann bei der Verstellerzentrierung über das Zentralventil entstehen. In diesem Fall müssen die Zentrierflächen mit engen Toleranzen vorgesehen werden, damit die Gesamttoleranz gering bleibt. Die hierzu verwendete Zentralschraube für das Ventil ist kurz ausgebildet bzw. das Gewinde befindet sich sehr nahe an der hierzu vorgesehenen Zentrierfläche. Somit gibt es keine ausreichende Nachgiebigkeit in diesem Bereich. Es kann dabei zu der ungünstigen Situation kommen, dass es bei einem zu großen Anschraubmoment zu einem Zusammenfressen zwischen den Zentrierflächen oder einem deformierten Zentralventil kommen kann, was zu einer Kolbenklemmung führen könnte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Nockenwellenversteller anzugeben, der die Koaxialitätstoleranzen ausgleicht und dennoch einfach und wirtschaftlich herzustellen ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Somit wird die Aufgabe durch eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Verstellung einer Winkellage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle mit einem Nockenwellenversteller, der ein Antriebselement und ein Abtriebselement aufweist, gelöst. Um diese Winkellage einzustellen, sind das Antriebselement und das Abtriebselement mittels Hydraulikdruck relativ zueinander verdrehbar. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist ferner eine Zentralschraube auf, die das Abtriebselement mit einer Nockenwelle drehfest verbindet. Das Antriebselement ist über ein auf der Nockenwelle mit dem Antriebselement drehfest verbundenes Antriebsrad zentriert und/oder gelagert. Das Abtriebselement ist auf der Zentralschraube zentriert und/oder gelagert. Die Zentralschraube ist fluidleitend ausgebildet. Erfindungsgemäß hat die Zentralschraube ein Sägezahnaußengewinde ausgebildet, das ausschließlich mit einem entsprechenden Sägezahninnengewinde der Nockenwelle in Eingriff steht. Dabei kann das Abtriebselement zur Nockenwelle ausschließlich über das Zusammenwirken des Sägezahnaußengewindes der Zentralschraube und dem Sägezahninnengewinde der Nockenwelle zentriert sein.
  • Das erfindungsgemäß eingesetzte Sägezahngewinde ermöglicht es, über den Schraubverbund die Koaxialitätstoleranzen auszugleichen. Für den Fall, dass man die Gewindetoleranzen zwischen der Nockenwelle und der Zentralschraube je nach Bedürfnis erweitert, kann umso mehr die Klemmverbindung die Achsversatztoleranzen ausgleichen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Zusammenwirkens des Sägezahnaußengewindes der Zentralschraube und des Sägezahninnengewindes der Nockenwelle ist, dass man zusätzlich zu dem Toleranzausgleich noch mehr Stabilität an den einzelnen Gewindeflanken erzielt. Das Sägezahnaußengewinde der Zentralschraube und das Sägezahninnengewinde der Nockenwelle ermöglicht für beide Bauteile mehr Robustheit durch die optimierten Kraftflüsse.
  • So kann man sich beispielsweise bei einem Anwendungsfall das Zentrierelement im Rotor ersparen. Die Toleranzen für den planflächigen und radialen Rotor lassen sich ebenfalls in der Toleranzkette ersparen.
  • Das Abtriebselement kann mindestens drei radial verteilte Zentrierflächen ausgebildet haben. Diese Zentrierflächen wirken mit einer radial umlaufenden ersten Zentrierfläche der Zentralschraube zusammen. Die Zentralschraube wird dadurch in Bezug auf eine Drehachse der Nockenwelle zentriert.
  • Ferner hat die Nockenwelle mindestens drei radial verteilte Zentrierflächen ausgebildet, wobei diese Zentrierflächen mit einer zweiten radial umlaufenden Zentrierfläche der Zentralschraube zusammenwirken. Dadurch wird die Zentralschraube in Bezug auf eine Drehachse der Nockenwelle zentriert.
  • Das Sägezahnaußengewinde der Zentralschraube besitzt eine im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse ausgebildete Flanke und eine zur Drehachse unter einem Winkel geneigte Flanke. Ebenso besitzt das Sägezahninnengewinde der Nockenwelle eine im Wesentlichen zur Drehachse senkrechte Flanke und eine zur Drehachse unter einem Winkel mit negativen Vorzeichen geneigte Flanke. Die senkrechte Flanke des Sägezahnaußengewindes wirkt mit der senkrechten Flanke des Sägezahninnengewindes flächig zusammen. Ebenso wirkt die um den Winkel β geneigte Flanke des Sägezahnaußengewindes mit der ebenfalls um den Winkel β geneigten Flanke des Sägezahninnengewindes flächig zusammen. Durch dieses flächige Zusammenwirken kann man eine Zentrierung der Zentralschraube in Bezug auf eine Drehachse der Nockenwelle erreichen.
  • Durch die erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung wird eine zuverlässigere und wirtschaftlichere Anbindung des Nockenwellenverstellers an die Nockenwelle erreicht. Der axiale Bauraum wird weiter reduziert, wobei zugleich eine Zentrierung des Nockenwellenverstellers zur Nockenwelle derart erreicht ist, dass die Kraft vom Übertragungselement der Kurbelwelle, die in das Antriebsrad eingeleitet wird, direkt auf der Nockenwelle abgestützt wird und die Verschiebekraft von der Rückstellfeder, welche das Abtriebselement zum Antriebselement quer zur Drehachse verschiebt, direkt auf der Zentralschraube abgestützt wird.
  • Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
    • 1 eine Nockenwellenverstellvorrichtung im Querschnitt, die einen Nockenwellenversteller, eine Nockenwelle und eine Zentralschraube umfasst;
    • 2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 mit B gekennzeichneten Bereichs;
    • 3 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens von einem Sägezahninnengewinde mit einem Sägezahnaußengewinde; und
    • 4 eine Montage des Zentralventils in der Nockenwelle.
  • Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
  • 1 zeigt eine Nockenwellenverstellvorrichtung 1 mit einem Nockenwellenversteller 2, einer Nockenwelle 6 und einer Zentralschraube 5. Alle vorgenannten Bauteile sind koaxial zueinander und zur Dreachse A der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 angeordnet.
  • Der Nockenwellenversteller 2 weist ein Antriebselement 3, ein Abtriebselement 4 und ein Antriebsrad 7 auf. Das Antriebsrad 7 ist drehfest mit dem Abtriebselement 4 verbunden. Das Abtriebselement 4 weist eine zentrale, zur Drehachse A koaxial angeordnete Durchgangsöffnung 19 auf, in der die Zentralschraube 5 eingesetzt ist. Ein Sägezahngewinde 8 sorgt für die Verbindung der Zentralschraube 5 mit der Nockenwelle 6. Die Zentralschraube 5 greift dabei mit einem Sägezahnaußengewinde 5a in ein Sägezahninnengewinde 6i der Nockenwelle 6 ein. Das Abtriebselement 4 kann bei dieser Ausführungsform eine radial umlaufende Zentrierfläche 30 ausgebildet haben. Es ist ebenfalls für einen Fachmann selbstverständlich, dass die radiale Zentrierfläche 30 des Abtriebselements 4 ebenfalls in Form von mehreren einzelnen radial verteilten Zentrierflächen 30 ausgebildet sein kann. Um eine Stabilität und eine Zentrierung der Zentralschraube 5 zu erreichen, ist es dabei von Vorteil, wenn drei radial verteilte Zentrierflächen 30 am Abtriebselement 4 ausgebildet sind. Die Zentrierfläche 30 des Abtriebselements 4 dient zur Zentrierung und/oder Lagerung der Zentralschraube 5. Die Zentralschraube 5 hat eine erste Zentrierfläche 401 ausgebildet, die mit der Zentrierfläche 30 des Abtriebselements 4 zusammenwirkt. Ebenso hat die Nockenwelle 6 eine Zentrierfläche 60 ausgebildet, die mit einer zweiten Zentrierfläche 402 der Zentralschraube 5 zusammenwirkt. Die Zentrierung und/oder Lagerung der Zentralschraube 5 zur Nockenwelle 6 erfolgt ausschließlich durch das Zusammenwirken des Sägezahnaußengewindes 5a der Zentralschraube 5 mit dem entsprechenden Sägezahninnengewinde 6i der Nockenwelle 6.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des in 1 mit B gekennzeichneten Bereichs. Hier ist nochmals vergrößert dargestellt, dass die Zentralschraube 5 mit ihrer zweiten Zentrierfläche 402 mit der Zentrierfläche 60 der Nockenwelle 6 zusammenwirkt. Das Zusammenwirken der Zentrierfläche 402 und der Zentrierfläche 60 unterstützt die Zentrierung der Zentralschraube 5 in der Nockenwelle 6. Wie bereits oben beschrieben, wirkt das Sägezahnaußengewinde 5a der Zentralschraube 5 ausschließlich mit einem entsprechenden Sägezahninnengewinde 6i der Nockenwelle 6 zusammen und steht mit diesem in Eingriff. Durch diese Art des mechanischen Zusammenwirkens wird das Abtriebselement 4 zur Nockenwelle 6 ausschließlich über das Zusammenwirken des Sägezahnaußengewindes 5a der Zentralschraube 5 und dem Sägezahninnengewinde 6i der Nockenwelle 6 zur Drehachse A der Nockenwellenverstelleinrichtung 1 zentriert.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens eines Sägezahngewindes 8. Das Sägezahnaußengewinde 5a der Zentralschraube 5 besitzt mehrere im Wesentlichen zur Drehachse A senkrechte Flanken 15 und mehrere zur Drehachse A unter einem Winkel β geneigte Flanken 17. Ebenso besitzt das Sägezahninnengewinde 6i der Nockenwelle 6 mehrere im Wesentlichen zur Drehachse A senkrechte Flanken 16 und mehrere zur Drehachse A unter einem Winkel β geneigte Flanken 18. Bei der Befestigung der Zentralschraube 5 in der Nockenwelle 6 wirken die senkrechten Flanken 15 des Sägezahnaußengewindes 5a mit den senkrechten Flanken 16 des Sägezahninnengewindes 6i und die um den Winkel β geneigten Flanken 17 des Sägezahnaußengewindes 5a mit den um den Winkel β geneigten Flanken 18 des Sägezahninnengewindes 6i flächig zusammen. Durch dieses Zusammenwirken erreicht man eine Zentrierung der Zentralschraube 5 in Bezug auf die Drehachse A der Nockenwelle 6.
  • In 4 ist die Montage des Steuerkolbens 12 des Zentralventils 10 mittels der Zentralschraube 5 in der Nockenwelle 6 dargestellt. Wie bereits in der Beschreibung zu 1 erwähnt, wird der Nockenwellenversteller 2 mit der Zentralschraube 5 in Bezug auf die Drehachse A der Nockenwelle 6 zentriert. Mit dem Sägezahnaußengewinde 5a der Zentralschraube 5 und dem Sägezahninnengewinde 6i der Nockenwelle 6 erreicht man einen Ausgleich der Toleranzen, so dass eine einfachere Montage der Nockenwellenverstelleinrichtung 1 möglich ist, was parallel zu einer kostengünstigeren Herstellung des Sägezahninnengewindes 6i und des dazugehörigen Sägezahnaußengewindes 5a einhergeht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwellenverstellvorrichtung
    2
    Nockenwellenversteller
    3
    Antriebselement
    4
    Abtriebselement
    5
    Zentralschraube
    5a
    Sägezahnaußengewinde
    6
    Nockenwelle
    6i
    Sägezahninnengewinde
    7
    Antriebsrad
    8
    Sägezahngewinde
    10
    Zentralventil
    12
    Steuerkolben
    15
    senkrechte Flanke
    16
    senkrechte Flanke
    17
    geneigte Flanke
    18
    geneigte Flanke
    19
    Durchgangsöffnung
    30
    Zentrierfläche Abtriebselement
    401
    erste Zentrierfläche der Zentralschraube
    402
    zweite Zentrierfläche der Zentralschraube
    60
    Zentrierfläche Nockenwelle
    A
    Achse
    B
    Bereich
    β
    Winkel
  • 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 102014224212 A1 [0004]

Claims (4)

  1. Nockenwellenverstellvorrichtung (1) zur Verstellung einer Winkellage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle (6), mit einem Nockenwellenversteller (2), der ein Antriebselement (3) und ein Abtriebselement (4) aufweist, wobei das Antriebselement (3) und das Abtriebselement (4), um diese Winkellage einzustellen, mittels Hydraulikdruck relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die Nockenwellenverstellvorrichtung (1) ferner eine Zentralschraube (5) aufweist, die das Abtriebselement (4) mit einer Nockenwelle (6) drehfest verbindet, wobei das Antriebselement (3) auf der Nockenwelle (6) über ein mit dem Antriebselement (3) drehfest verbundenes Antriebsrad (7) zentriert und/oder gelagert ist und das Abtriebselement (4) auf der Zentralschraube (5) zentriert und/oder gelagert ist, und die Zentralschraube (5) fluidleitend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sägezahnaußengewinde (5a) der Zentralschraube (5) ausschließlich mit einem entsprechenden Sägezahninnengewinde (6i) der Nockenwelle (6) in Eingriff steht, wobei das Abtriebselement (4) zur Nockenwelle (6) ausschließlich über das Zusammenwirken des Sägezahnaußengewindes (5a) der Zentralschraube (5) und dem Sägezahninnengewinde (6i) der Nockenwelle (6) zentriert ist.
  2. Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Abtriebselement (4) mindestens drei radial verteilte Zentrierflächen (30) ausgebildet hat und diese Zentrierflächen (30) mit einer ersten radial umlaufenden Zentrierfläche (401) der Zentralschraube (5) zusammenwirkt, wobei die Zentralschraube (5) in Bezug auf eine Drehachse (A) der Nockenwelle (6) zentriert ist.
  3. Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Nockenwelle (6) mindestens drei radial verteilte Zentrierflächen (60) ausgebildet hat und diese Zentrierflächen (60) mit einer zweiten radial umlaufenden Zentrierfläche (402) der Zentralschraube (5) zusammenwirken, wobei die Zentralschraube (5) in Bezug auf eine Drehachse (A) der Nockenwelle (6) zentriert ist.
  4. Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sägezahnaußengewinde (5a) der Zentralschraube (5) mehrere im Wesentlichen zur Drehachse (A) senkrechte Flanken (15) und mehrere zur Drehachse (A) unter einem Winkel (β) geneigte Flanken (17) und das Sägezahninnengewinde (6i) der Nockenwelle (6) mehrere im Wesentlichen zur Drehachse (A) senkrechte Flanken (16) und mehrere zur Drehachse (A) unter einem Winkel (β) geneigte Flanken (18) besitzen, wobei die senkrechten Flanken (15) des Sägezahnaußengewindes (5a) mit den senkrechten Flanken (16) des Sägezahninnengewindes (6i) und die um den Winkel (β) geneigten Flanken (17) des Sägezahnaußengewindes (5a) mit den um den Winkel (β) geneigten Flanken (18) des Sägezahninnengewindes (6i) flächig zusammenwirken, um die Zentralschraube (5) in Bezug auf die Drehachse (A) der Nockenwelle (6) zu zentrieren.
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