DE102017124489A1 - Camshaft, camshaft module, method for friction-reducing operation of a camshaft and use of one or more piezo elements for the vibration excitation of a camshaft - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle (10) mit wenigstens einer Schwingungs-Erregereinheit (11) zum Erzeugen von mechanischen Schwingungen, wobei die Schwingungs-Erregereinheit (11) mit der Nockenwelle (10) derart verbunden ist, dass die mechanischen Schwingungen in die Nockenwelle (10) einkoppelbar sind.Ferner betrifft die Erfindung ein Nockenwellenmodul, ein Verfahren zum reibungsverringernden Betreiben einer Nockenwelle sowie eine Verwendung eines oder mehrerer Piezoelemente zur Schwingungsanregung einer Nockenwelle.The present invention relates to a camshaft (10) having at least one vibration excitation unit (11) for generating mechanical vibrations, wherein the vibration excitation unit (11) is connected to the camshaft (10) such that the mechanical vibrations in the camshaft ( 10) einkoppelbar.Fern the invention relates to a camshaft module, a method for friction-reducing operation of a camshaft and a use of one or more piezoelectric elements for the vibration excitation of a camshaft.
Description
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle, ein Nockenwellenmodul, ein Verfahren zum reibungsverringernden Betreiben einer Nockenwelle sowie eine Verwendung eines oder mehrerer Piezoelemente zur Schwingungsanregung einer Nockenwelle.The invention relates to a camshaft, a camshaft module, a method for friction-reducing operation of a camshaft, and a use of one or more piezoelectric elements for the vibration excitation of a camshaft.
Ein Ziel der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren ist die Verbrauchsreduzierung und die Senkung des Kohlendioxidausstoßes wegen sich verschärfender gesetzlicher Reglementierungen. Die Verringerung der Reibungsverluste von Nockenwellen trägt dabei maßgeblich zur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen bei.One goal of the further development of internal combustion engines is the reduction of consumption and the reduction of carbon dioxide emissions due to stricter legal regulations. The reduction of the friction losses of camshafts contributes significantly to the fulfillment of legal requirements.
Eine Nockenwelle im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors verfügt über diverse Funktionsflächen, wie den Axial- und Radiallagerflächen und den Nockenlaufflächen, an denen Reibung auftritt. Die axiale und radiale Lagerung der Nockenwelle ist oftmals mit Gleitlagern aufgrund der geringen Kosten und kompakten Bauform realisiert. Ein Nachteil bei der Anwendung von Gleitlagern ist die auftretende Misch- und Gleitreibung. Mischreibung tritt beispielsweise beim Anlauf der Nockenwelle auf, in dem der Schmiermittelfilm im Gleitlager zum Zeitpunkt der Anlaufdrehung nicht vollständig ausgebildet ist. Sobald der Schmiermittelfilm vollständig vorhanden ist, spricht man vom Zustand der Gleitreibung. Um die Reibungsverluste durch die Misch- und Gleitreibung zu reduzieren, werden im Stand der Technik Wälzlager an den Lagerstellen der Nockenwelle eingesetzt. An den Laufflächen der Nocken tritt ebenso Misch- und Gleitreibung auf. Zur Reibungsminderung werden daher Rollenschlepphebel mit integriertem Wälzlager (Nockenrolle) verwendet, bei denen die Nockenlauffläche zur Betätigung der Ein- und Auslassventile auf dem Wälzlagerumfang abrollt. In beiden Anwendungsfällen wird die Gleit- und Mischreibung durch die geringere Wälzreibung ersetzt. Andererseits hat die Verwendung von Wälzlagern in den Lagerstellen und Rollenschlepphebeln den Nachteil, dass eine größere Bauform des Zylinderkopfgehäuses und resultierend des Verbrennungsmotors erforderlich ist.A camshaft in the cylinder head of an internal combustion engine has various functional surfaces, such as the axial and radial bearing surfaces and the cam surfaces, where friction occurs. The axial and radial bearing of the camshaft is often realized with plain bearings due to the low cost and compact design. A disadvantage of the use of plain bearings is the occurring mixed and sliding friction. Mixed friction occurs, for example, during startup of the camshaft, in which the lubricant film is not completely formed in the plain bearing at the time of start-up rotation. As soon as the lubricant film is completely present, it is called the state of sliding friction. In order to reduce the friction losses due to mixed and sliding friction, rolling bearings are used at the bearing points of the camshaft in the prior art. On the running surfaces of the cams also mixed and sliding friction occurs. To reduce friction therefore roller cam follower with integrated roller bearing (cam roller) are used in which the cam surface rolls to actuate the inlet and outlet valves on the rolling bearing circumference. In both applications, the sliding and mixed friction is replaced by the lower rolling friction. On the other hand, the use of rolling bearings in the bearings and Rollenschlepphebeln has the disadvantage that a larger size of the cylinder head housing and the result of the internal combustion engine is required.
Ein Rollenschlepphebel der vorstehend genannten Art ist beispielsweise aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Nockenwelle anzugeben, die zur Reduzierung der Schadstoffemission des Verbrennungsmotors beiträgt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Nockenwellenmodul, ein Verfahren zum Betreiben einer Nockenwelle und die Verwendung eines oder mehrerer Piezoelemente anzugeben.The invention is based on the object to provide a camshaft, which contributes to reducing the pollutant emission of the internal combustion engine. The invention is further based on the object to provide a camshaft module, a method for operating a camshaft and the use of one or more piezoelectric elements.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Blick auf die Nockenwelle durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Mit Blick auf das Nockenwellenmodul, das Verfahren und die Verwendung wird die vorstehend genannte Aufgabe jeweils durch den Gegenstand des Anspruch 12 (Nockenwellenmodul), Anspruch 14 (Verfahren) und Anspruch 17 (Verwendung) gelöst.According to the invention this object is achieved with a view to the camshaft by the subject matter of claim 1. With regard to the camshaft module, the method and the use, the above-mentioned object is achieved by the subject matter of claim 12 (camshaft module), claim 14 (method) and claim 17 (use).
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Nockenwelle anzugeben, die wenigstens eine Schwingungs-Erregereinheit zum Erzeugen von mechanischen Schwingungen aufweist. Die Schwingungs-Erregereinheit ist mit der Nockenwelle derart verbunden, dass die mechanischen Schwingungen in die Nockenwelle einkoppelbar sind.The invention is based on the idea of specifying a camshaft having at least one vibration excitation unit for generating mechanical vibrations. The vibration excitation unit is connected to the camshaft in such a way that the mechanical vibrations can be coupled into the camshaft.
Die Erfindung hat verschiedene Vorteile:The invention has several advantages:
Die Einkopplung von mechanischen Schwingungen in die Nockenwelle bewirkt an den Funktionsflächen, wie den Axial- und Radiallagerflächen und den Nockenlaufflächen, eine maßgebliche Verringerung der auftretenden Misch- und Gleitreibung. Die Verringerung der Misch- und Gleitreibung erfolgt hierbei durch den, aufgrund der Schwingungen, verursachten periodischen Richtungswechsel der Reibkraft in den Kontaktzonen bzw. Reibungszonen der Funktionsflächen. Mit anderen Worten wirkt die Vibration der Nockenwelle an den Funktionsflächen kontaktlösend, wodurch die Misch- und Gleitreibung reduziert wird. Durch die Reibungsverringerung können Gleitlager anstelle von Wälzlagern eingesetzt werden. Gleitlager sind im Vergleich zu Wälzlagern kostengünstiger und weisen eine kompaktere Bauform auf. Eine Verkleinerung des Zylinderkopfgehäuses wird dadurch ermöglicht und Gewicht und Material eingespart.The coupling of mechanical vibrations in the camshaft causes on the functional surfaces, such as the axial and radial bearing surfaces and the cam surfaces, a significant reduction in the occurring mixed and sliding friction. The reduction of the mixing and sliding friction takes place here by the, caused by the vibrations, periodic change of direction of the frictional force in the contact zones or friction zones of the functional surfaces. In other words, the vibration of the camshaft acts on the functional surfaces contact-releasing, whereby the mixing and sliding friction is reduced. Due to the reduction in friction, plain bearings can be used instead of roller bearings. Bearings are cheaper compared to bearings and have a more compact design. A reduction of the cylinder head housing is made possible and saved weight and material.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass die Reduzierung von Misch- und Gleitreibung zu einer Erhöhung des Motorwirkungsgrades sowie einer Verringerung des Kraftstoffverbrauches und der Schadstoffemissionen beiträgt.The invention has the further advantage that the reduction of mixed and sliding friction contributes to an increase in engine efficiency and a reduction in fuel consumption and pollutant emissions.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungs-Erregereinheit zur Erzeugung mechanischer Schwingungen im Ultraschall-Frequenzbereich angepasst. Die einkoppelbaren Schwingungen im Hochfrequenzbereich erlauben eine sehr kleine, insbesondere minimale Amplitude. Die Schwingung bzw. Vibration der Nockenwelle, insbesondere an den Funktionsflächen, im Ultraschall-Frequenzbereich ermöglicht eine Verringerung der Reibung an den Funktionsflächen der Nockenwelle.In a particularly preferred embodiment of the invention, the vibration excitation unit is adapted to generate mechanical vibrations in the ultrasonic frequency range. The einkoppelbaren oscillations in the high frequency range allow a very small, in particular minimum amplitude. The vibration or vibration of the camshaft, in particular on the functional surfaces, in the ultrasonic frequency range allows a reduction of friction on the functional surfaces of the camshaft.
Vorzugsweise weist die Schwingungs-Erregereinheit wenigstens ein Piezoelement zur Erzeugung der mechanischen Schwingungen im Ultraschall-Frequenzbereich auf. Piezoelemente haben den Vorteil, dass sie Ansprechzeiten im Mikrosekundenbereich ermöglichen. Ein weiterer Vorteil ist ihr einfacher und robuster Aufbau, wobei sie keine beweglichen Teile besitzen und daher verschleißfrei sind.Preferably, the vibration excitation unit has at least one piezoelectric element for generating the mechanical vibrations in the ultrasonic frequency range. Piezo elements have the advantage that they allow response times in the microsecond range. Another advantage is their simple and robust construction, where they have no moving parts and are therefore wear-free.
Die Schwingungs-Erregereinheit kann wenigstens eine Resonanzscheibe aufweisen. Diese Ausführung trägt zur Unterstützung der mechanischen Schwingungen, insbesondere der axialen mechanischen Schwingungen, und effizienten Funktionalität der Nockenwelle bei.The vibration excitation unit may comprise at least one resonance disc. This design contributes to the support of the mechanical vibrations, in particular the axial mechanical vibrations, and efficient functionality of the camshaft.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Nockenwelle ein Trägerrohr auf. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass Montageraum in der Nockenwelle für die Anordnung der Schwingungs-Erregereinheit entsteht. Weitere resultierende Vorteile sind die Gewichtseinsparung gegenüber massiven Nockenwellen, die Kostensenkung durch Kombination von verschiedenen Werkstoffen und Werkstoff-Güteklassen, die Übertragung von hohen statischen und dynamischen Drehmomenten und die Einsparung von Investitions- und Fertigungskosten durch geringeren Fertigungsaufwand für die Weiter- und Endbearbeitung der Nockenwelle.In a preferred embodiment, the camshaft has a carrier tube. This embodiment has the advantage that mounting space is created in the camshaft for the arrangement of the vibration excitation unit. Other benefits include weight reduction over massive camshafts, cost reduction through the combination of different materials and grades, transfer of high static and dynamic torques and savings in investment and manufacturing costs through reduced camshaft finishing and finishing costs.
Die Schwingungs-Erregereinheit kann innen und/oder außen am Trägerrohr angeordnet sein. Diese Ausführung ermöglicht die Einkopplung der mechanischen Schwingungen an verschiedenen Positionen an der Nockenwelle.The vibration exciter unit can be arranged on the inside and / or outside of the carrier tube. This design allows the coupling of the mechanical vibrations at different positions on the camshaft.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind ein oder mehrere Piezoelemente am axialen Ende des Trägerrohres angeordnet. Diese Ausführung ermöglicht eine einfache und direkte Zugänglichkeit zur Energieversorgung der Piezoelemente.In a particularly preferred embodiment, one or more piezo elements are arranged at the axial end of the carrier tube. This design allows easy and direct accessibility to the power supply of the piezo elements.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungform weist die Nockenwelle wenigstens eine Energieübertragungseinrichtung auf, die mit der Schwingungs-Erregereinheit gekoppelt ist.In a further preferred embodiment, the camshaft has at least one energy transmission device which is coupled to the vibration excitation unit.
In einer weiteren Ausführung ist die Energieübertragungseinrichtung in das Trägerrohr der Nockenwelle integrierbar. Diese kann am axialen Ende des Trägerrohrs in räumlicher Nähe zum Piezoelement angeordnet sein. Die in das Trägerrohr integrierbare Energieübertragungseinrichtung ermöglicht eine kompakte und platzsparende Bauform der Nockenwelle.In a further embodiment, the energy transmission device can be integrated into the carrier tube of the camshaft. This can be arranged at the axial end of the support tube in spatial proximity to the piezoelectric element. The energy transfer device which can be integrated into the carrier tube makes possible a compact and space-saving design of the camshaft.
Vorzugsweise weist die Energieübertragungseinrichtung wenigstens ein Schleifringmodul auf.Preferably, the energy transmission device has at least one slip ring module.
Beispielsweise ist das Schleifringmodul innen oder außen am Trägerrohr der Nockenwelle vorzugsweise am axialen Ende des Trägerrohrs angeordnet. Die Ausführung des in das Trägerrohr integrierten Schleifringmoduls ermöglicht eine kompakte Bauform der Nockenwelle. Schleifringmodule sind robust und kompakt in ihrer Bauform und zuverlässig in der Stromübertragung.For example, the slip ring module is preferably arranged on the inside or outside of the carrier tube of the camshaft at the axial end of the carrier tube. The design of the slip ring module integrated in the carrier tube enables a compact design of the camshaft. Slip ring modules are robust and compact in their design and reliable in power transmission.
Weiter vorzugweise weist die Energieübertragungseinrichtung wenigstens einen Primärstromkreis und wenigstens einen Sekundärstromkreis auf. Die Energieübertragung erfolgt durch die induktive Kopplung der beiden Stromkreise. Der Sekundärstromkreis ist innen und/oder außen am Trägerrohr der Nockenwelle angeordnet, wobei der Primärstromkreis vom Sekunderstromkreis physikalisch durch einen Abstand (Spalt) getrennt ist. Durch den Effekt der induktiven Kopplung wird vom stromführenden Primärstromkreis eine Spannung in den Sekundärstromkreis induziert. Der Sekundärstromkreis weist keine eigene Spannungsquelle auf. Durch die Kopplung mit dem Piezoelement liegt an diesem die induzierte Spannung an. Wegen des inversen Piezoeffekts erfolgt durch die angelegte Spannung eine Ausdehnung des Piezoelements, wodurch die Nockenwelle in Schwingung versetzt wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ein magnetisches Wechselfeld unabhängig von der Relativbewegung zwischen Primär- und Sekundärstromkreis gebildet werden kann. Vorteilhafterweise kann somit unabhängig vom Betriebszustand der Nockenwelle eine Spannung induziert und die Nockenwelle in Schwingung versetzt werden. Durch den Effekt der induktiven Kopplung kann weiter vorteilhaft die anliegende Spannung am Primärstromkreis auf eine definierte Betriebsspannung am Sekundärstromkreis zur Betätigung des Piezoelements transformiert werden.Further preferably, the energy transmission device has at least one primary circuit and at least one secondary circuit. The energy transfer occurs through the inductive coupling of the two circuits. The secondary circuit is arranged on the inside and / or outside of the carrier tube of the camshaft, wherein the primary circuit of the secondary circuit is physically separated by a distance (gap). Due to the effect of the inductive coupling, a voltage is induced in the secondary circuit by the current-carrying primary circuit. The secondary circuit does not have its own voltage source. By coupling with the piezoelectric element is applied to this, the induced voltage. Because of the inverse piezoelectric effect, the applied voltage causes an expansion of the piezoelectric element, which causes the camshaft to vibrate. This embodiment has the advantage that a magnetic alternating field can be formed independently of the relative movement between the primary and secondary circuits. Advantageously, thus, independently of the operating state of the camshaft, a voltage is induced and the camshaft is set in oscillation. Due to the effect of the inductive coupling, the applied voltage on the primary circuit can be further advantageously transformed to a defined operating voltage on the secondary circuit for actuating the piezoelectric element.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Energieübertragungseinrichtung wenigstens einen Magnet und wenigstens eine elektrische Spule auf, die miteinander induktiv gekoppelt sind. Die Spule ist innen am Trägerrohr der Nockenwelle angeordnet, wobei der Magnet von der Spule physikalisch durch einen Abstand (Spalt) getrennt ist. Durch ein magnetisches Wechselfeld wird in den Stromkreis der Spule eine elektrische Spannung induziert. Das magnetische Wechselfeld wird dabei durch eine Rotationsbewegung der Spule gebildet. Durch die Kopplung der Spule mit dem Piezoelement liegt an diesem eine induzierte Spannung an. Wegen des inversen Piezoeffekts erfolgt durch die angelegte Spannung eine Ausdehnung des Piezoelements, wodurch die Nockenwelle in Schwingung versetzt wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass durch die Anordnung der Spule im Trägerrohr eine kompakte und platzsparende Bauform der Nockenwelle resultiert. Vorteilhafterweise wird bei dieser Ausführung das magnetische Wechselfeld während des Betriebs der Nockenwelle durch die Rotationsbewegung der elektrischen Spule gebildet und dadurch eine Spannung induziert. Es ist somit keine externe Spannungsquelle erforderlich.In a particularly preferred embodiment, the energy transmission device has at least one magnet and at least one electrical coil, which are inductively coupled to one another. The coil is disposed inside the support tube of the camshaft, the magnet being physically separated from the coil by a gap. Through an alternating magnetic field, an electrical voltage is induced in the circuit of the coil. The magnetic alternating field is formed by a rotational movement of the coil. By coupling the coil with the piezoelectric element is applied to this an induced voltage. Because of the inverse piezoelectric effect, the applied voltage causes an expansion of the piezoelectric element, which causes the camshaft to vibrate. This design has the advantage that the arrangement of the coil in the support tube results in a compact and space-saving design of the camshaft. Advantageously, in this embodiment, the alternating magnetic field during operation of the camshaft is formed by the rotational movement of the electric coil and thereby induces a voltage. There is thus no external power source required.
Das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul weist wenigstens eine erfindungsgemäße Nockenwelle auf.The camshaft module according to the invention has at least one camshaft according to the invention.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Nockenwellenmoduls weist ein Gehäuse, insbesondere ein Zylinderkopfgehäuse, und wenigstens eine Spannungsquelle auf. Die Spannungsquelle ist dabei mit der Energieübertragungseinrichtung der Nockenwelle gekoppelt oder koppelbar. Im Gehäuse ist wenigstens eine erfindungsgemäße Nockenwelle gelagert eingebaut. Die Spannungsquelle kann beispielsweise außen oder innen am Gehäuse angeordnet sein. Durch die Spannungsquelle kann das wenigstens eine Piezoelement aktiviert und deaktiviert werden. Der Vorteil bei der Anordnung der Spannungsquelle außen am Gehäuse ist die einfache Zugänglichkeit bei der Montage und dem Ersatz im Schadensfall der Spannungsquelle.A particularly preferred embodiment of the camshaft module has a housing, in particular a cylinder head housing, and at least one voltage source. The voltage source is coupled to the energy transmission device of the camshaft or coupled. In the housing at least one camshaft according to the invention is mounted mounted. The voltage source can be arranged, for example, outside or inside the housing. By the voltage source, the at least one piezoelectric element can be activated and deactivated. The advantage of the arrangement of the voltage source outside the housing is the easy accessibility during assembly and replacement in case of damage of the voltage source.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum reibungsverringernden Betreiben einer Nockenwelle koppelt wenigstens eine Schwingungs-Erregereinheit mechanische Schwingungen in die Nockenwelle ein und versetzt diese in Schwingung.In the method according to the invention for friction-reducing operation of a camshaft, at least one vibration excitation unit couples mechanical vibrations into the camshaft and sets them in vibration.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden mechanische Schwingungen in Tangential- und/oder in Längsrichtung bezogen auf die Längsachse der Nockenwelle eingekoppelt. Die Kombination der Schwingungsrichtungen bzw. die Erzeugung von überlagerten Schwingungen, bewirkt eine besonders starke Reduzierung der Reibung.In a preferred embodiment of the method, mechanical vibrations in tangential and / or longitudinal direction are coupled relative to the longitudinal axis of the camshaft. The combination of the directions of vibration or the generation of superimposed vibrations, causes a particularly strong reduction of friction.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Schwingungs-Erregereinheit während des Betriebs der Nockenwelle temporär aktiviert. In diesem Fall werden in die Nockenwelle im Speziellen zum Zeitpunkt des Auftretens von Mischreibung mechanische Schwingungen eingekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass die Spannungsquelle zur Aktivierung des Piezoelements ab dem Zeitpunkt der Ausbildung eines hydrodynamischen Schmiermittelfilms deaktiviert und Energie eingespart wird.In a further preferred embodiment of the method, the vibration excitation unit is temporarily activated during the operation of the camshaft. In this case, mechanical vibrations are coupled into the camshaft, especially at the time of occurrence of mixed friction. This has the advantage that the voltage source for activating the piezoelectric element is deactivated from the time of formation of a hydrodynamic lubricant film and energy is saved.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines oder mehrerer Piezoelemente zur Schwingungsanregung einer Nockenwelle wird diese derart in Schwingung versetzt, dass die, an den Funktionsflächen der Nockenwelle, auftretende Misch- und Gleitreibung im Betrieb maßgeblich verringert wird.When using one or more piezoelectric elements according to the invention for the vibration excitation of a camshaft, it is vibrated in such a way that the mixing and sliding friction occurring on the functional surfaces of the camshaft is significantly reduced during operation.
Bei der Verwendung wird eine Spannungsquelle aktiviert. Die Spannungsquelle führt zum Fluss eines elektrischen Stroms im Versorger- bzw. Primärstromkreis. Durch eine Energieübertragungseinrichtung wird ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung an eine oder mehrere Piezoelemente übertragen. Die Übertragung des elektrischen Stroms erfolgt dabei aufgrund eines Schleifringmoduls. Im Fall der induktiven Kopplung wird in einer ersten Variante durch den Primärstromkreis eine elektrische Spannung (Induktionsspannung) in einen Sekundärstromkreis induziert und somit übertragen. In einer zweiten Variante wird durch eine rotierende Spule und einen Magneten eine Spannung in den Stromkreis der Spule indusziert. Durch das Anliegen der elektrischen Spannung wird das Piezoelement aktiviert. Wegen des inversen Piezoeffekts erfolgt eine Ausdehnung des Piezoelements, wodurch die Nockenwelle im Ultraschall-Frequenzbereich in Schwingung versetzt wird. Durch die in Schwingung versetzte Nockenwelle erfolgt eine Verringerung der Misch- und Gleitreibung an den Funktionsflächen der Nockenwelle.In use, a voltage source is activated. The voltage source results in the flow of electrical current in the utility or primary circuit. By an energy transfer device, an electric current or an electrical voltage is transmitted to one or more piezo elements. The transmission of the electric current takes place due to a slip ring module. In the case of inductive coupling, in a first variant, an electrical voltage (induction voltage) is induced by the primary circuit in a secondary circuit and thus transmitted. In a second variant, a voltage is injected into the circuit of the coil by a rotating coil and a magnet. Due to the concern of the electrical voltage, the piezoelectric element is activated. Because of the inverse piezoelectric effect, the piezoelectric element expands, causing the camshaft to oscillate in the ultrasonic frequency range. The oscillating camshaft reduces the mixing and sliding friction on the functional surfaces of the camshaft.
Zu weiteren Vorteilen der erfindungsgemäßen Verwendung wird auf die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Nockenwelle Bezug genommen.For further advantages of the use according to the invention reference is made to the comments on the camshaft according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the attached schematic drawings with further details.
In diesen zeigen
-
1 eine schematische Detailansicht eines Querschnitts durch eine Nockenwelle nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; -
2 eine schematische Detailansicht eines Querschnitts einer Nockenwelle nach einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und -
3 eine Detailansicht eines Querschnitts durch die Nockenwelle gemäß2 für ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zur Energieübertragung.
-
1 a schematic detail view of a cross section through a camshaft according to a preferred embodiment of the invention; -
2 a schematic detail view of a cross section of a camshaft according to another preferred embodiment of the invention; and -
3 a detailed view of a cross section through the camshaft according to2 for a preferred embodiment of the invention for energy transmission.
In der schematischen Detailansicht des Querschnitts gemäß
Das Trägerrohr
Die Schwingungs-Erregereinheit
Das Piezoelement
Die Resonanzscheibe
Die Resonanzscheibe
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Wie in
Im Betrieb wird dabei durch eine Rotationsbewegung der Nockenwelle
Bei einer alternativen Ausführungsform der Energieübertragungseinrichtung
Die alternative Ausführungsform der Energieübertragungseinrichtung
In
Die Schwingungs-Erregereinheit
Die Resonanzscheibe
Die Piezoelemente
Ferner weisen die Piezoelemente
Die Aktivierung der Piezoelemente
In der Detailansicht des Querschnitts gemäß
Beispielsweise ist der Primärstromkreis
Bei einer alternativen Ausführungsform der Schwingungs-Erregereinheit
Ergänzend zu den Ausführungsbeispielen gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Nockenwellecamshaft
- 1111
- Schwingungs-ErregereinheitVibration exciter unit
- 1212
- Piezoelementpiezo element
- 1313
- Resonanzscheiberesonance disc
- 1414
- Trägerrohrsupport tube
- 1515
- EnergieübertragungseinrichtungEnergy transfer device
- 1616
- Magnetmagnet
- 1717
- SpuleKitchen sink
- 1818
- PrimärstromkreisPrimary circuit
- 1919
- SekundärstromkreisSecondary circuit
- 2020
- Montageraummounting space
- 2121
- axiales Endeaxial end
- ωω
- Winkelgeschwindigkeitangular velocity
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0950799 A2 [0004]EP 0950799 A2 [0004]
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0950799A2 (en) | 1998-04-09 | 1999-10-20 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Finger arm |
DE10150761A1 (en) * | 2001-08-10 | 2003-03-06 | Continental Ag | Damper, e.g. vibration damper, filled with fluid medium has dynamic damper stimulation applied permanently or when switched so as to be superimposed on normal damper deflection |
DE102004018683B3 (en) * | 2004-04-17 | 2005-09-08 | Daimlerchrysler Ag | Method for quality control of a work piece especially the seating between two components using a measure of vibration as an indication of quality |
WO2007141075A1 (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for overcoming static friction, method for moving cargo, and construction equipment, production machines, or robots |
DE102007014635A1 (en) * | 2007-03-23 | 2008-09-25 | Artech Systems Ag | Excitation of solids e.g. powders, sieves, surfaces and tubes with ultrasound to minimize surface friction during relative movement, first applies ultrasonic tuning to find optimum working point |
EP2995417A1 (en) * | 2014-09-10 | 2016-03-16 | Mahle International GmbH | Device for mounting at least one functional element with a recess for a shaft |
-
2017
- 2017-10-19 DE DE102017124489.1A patent/DE102017124489A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0950799A2 (en) | 1998-04-09 | 1999-10-20 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Finger arm |
DE10150761A1 (en) * | 2001-08-10 | 2003-03-06 | Continental Ag | Damper, e.g. vibration damper, filled with fluid medium has dynamic damper stimulation applied permanently or when switched so as to be superimposed on normal damper deflection |
DE102004018683B3 (en) * | 2004-04-17 | 2005-09-08 | Daimlerchrysler Ag | Method for quality control of a work piece especially the seating between two components using a measure of vibration as an indication of quality |
WO2007141075A1 (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for overcoming static friction, method for moving cargo, and construction equipment, production machines, or robots |
DE102007014635A1 (en) * | 2007-03-23 | 2008-09-25 | Artech Systems Ag | Excitation of solids e.g. powders, sieves, surfaces and tubes with ultrasound to minimize surface friction during relative movement, first applies ultrasonic tuning to find optimum working point |
EP2995417A1 (en) * | 2014-09-10 | 2016-03-16 | Mahle International GmbH | Device for mounting at least one functional element with a recess for a shaft |
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