-
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem Rotor, der an dem Stator entlang einer Drehachse mit einer Rotationsrichtung drehbar gelagert ist, wobei entlang der Drehachse ferner eine innerhalb einer äußeren Nockenwelle gelagerte innere Nockenwelle mit dem Rotor formschlüssig verbunden ist.
-
Derartige Nockenwellenversteller sind beispielsweise aus
WO 2016/030213 A1 und
WO 2011 /133452 A2 bekannt.
-
Es ist bekannt, verstellbare Nocken hinsichtlich ihrer Positionierung auf der Nockenwelle insbesondere bei ventilgesteuerten Verbrennungsmotoren zu einer gezielten Variation der Steuerzeiten der Ventile des Verbrennungsmotors einzusetzen, sodass die Leistung sowie folglich die Abgasemission des Motors angepasst werden können. Zur Verstellung zumindest eines Nockens wird eine äußere Nockenwelle, innerhalb derer eine koaxial gelagerte innere Nockenwelle angeordnet ist, relativ zu der inneren Nockenwelle verdreht. Dadurch werden die drehbar mit der äußeren Welle, jedoch fest mit der inneren Nockenwelle verbundenen Nocken relativ zu den fest mit der äußeren Welle verbundenen Nocken bewegt. Zur Verstellung der Nocken zueinander dient ein Rotor, der an einem Stator gelagert ist und die innere Welle relativ zur äußeren Welle verdreht, sodass eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten ermöglicht und somit die Öffnungsdauer der Ventile variiert werden kann.
-
Beim Betrieb und/oder bei der Montage der einzelnen Bauteile des Nockenwellenverstellers können Positionsungenauigkeiten, die insbesondere von systembedingt erforderlichen Toleranzen verursacht werden, auftreten. Derartige Ungenauigkeiten können zu einem erhöhten Reibmoment bis hin zu einem Blockieren der einzelnen Bauteile insbesondere zwischen dem Stator und dem Rotor führen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockenwellenversteller zu verbessern und insbesondere derart weiterzubilden, dass die genannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll ein Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, welcher eine größere Robustheit gegen ein Blockieren zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglicht.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung aus einem Nockenwellenversteller und einem Zahnrad bereit zu stellen, welche eine größere Robustheit gegen ein Blockieren zwischen dem Stator und dem Rotor aufweist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Nockenwellenversteller gemäß Anspruch 1 und durch eine Anordnung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Besonders vorteilhaft bei einem Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem Rotor, der an dem Stator entlang einer Drehachse mit einer Rotationsrichtung drehbar gelagert ist, wobei entlang der Drehachse ferner eine innerhalb einer äußeren Nockenwelle gelagerte innere Nockenwelle mit dem Rotor formschlüssig verbunden ist, ist es, dass der Stator zumindest ein oder mehrere Widerlager aufweist, an dem/denen zumindest zwei elastische Ausgleichselemente in Umfangsrichtung des Stators gegenläufig angreifen, sodass der Stator mittels eines ersten Ausgleichselementes in der Rotationsrichtung und mittels eines zweiten Ausgleichselementes entgegen der Rotationsrichtung vorspannbar ist.
-
Dadurch wird es ermöglicht, den Stator in und entgegen der Rotationsrichtung des Rotors härter zu lagern, während der Stator in anderen, insbesondere translatorischen Raumrichtungen im Vergleich zur Rotationsrichtung des Rotors weicher lagerbar ist. Durch die härtere Lagerung des Stators in und entgegen der Rotationsrichtung des Rotors können die Momente der Nockenwellen folglich mit hoher Genauigkeit übertragen werden, während Positionsungenauigkeiten zwischen dem Rotor und dem Stator mittels der Ausgleichselemente aufgenommen und ausgeglichen werden können. Somit wirkt der Ausgleich der Ungenauigkeiten maßgeschneidert an die Anforderungen des Nockenwellenverstellers.
-
Auf unelastische Befestigungen des Stators wie beispielsweise Schraubbefestigungen, die das Risiko eines hohen Reibmoments und eines Blockierens des Stators erhöhen, kann auf diese Weise verzichtet werden.
-
Auf diese Weise wird sowohl eine hohe Präzision des Nockenwellenversteller bei der Übertragung von Nockenwellenmomenten, als auch ein reduziertes Risiko eines hohen Reibmoments, insbesondere eines Blockierens zwischen dem Rotor und dem Stator ermöglicht. Durch eine Reduktion des Reibmoments zwischen dem Rotor und dem Stator wird eine höhere Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers ermöglicht.
-
Ferner kann eine Auswahl von geeigneten Ausgleichselementen, mittels denen der Stator unterschiedlich stark vorspannbar ist, erfolgen. Durch eine derartige Auswahl lassen sich die Eigenfrequenzen des Nockenwellenverstellers aus dem Anregungsspektrum des in einem Gesamtsystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, verwendeten Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, schieben, sodass eine erhöhte Regelgüte des Nockenwellenverstellers und/oder des Gesamtsystems ermöglicht wird. Durch eine entsprechende Auswahl kann der Nockenwellenversteller ferner an unterschiedliche Motoren und/oder Antriebssysteme und/oder Qualitätsanforderungen angepasst werden.
-
Vorteilhafterweise können der Stator, der Rotor, die innere und äußere Nockenwelle koaxial zueinander angeordnet sein.
-
Erfindungsgemäß weist der Stator zumindest ein oder mehrere Widerlager auf an den/denen zumindest zwei elastische Ausgleichselemente in Umfangsrichtung des Stators gegenläufig angreifen, sodass der Stator mittels eines ersten Ausgleichselementes in der Rotationsrichtung und mittels eines zweiten Ausgleichselementes entgegen der Rotationsrichtung vorspannbar ist. Damit ist gemeint, dass die jeweilige Hauptkomponente der Kraft des ersten und des zweiten Ausgleichselementes in beziehungsweise entgegen der Rotationsrichtung des Rotors gerichtet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Stator in und entgegen der Rotationsrichtung des Rotors relativ hart gelagert ist, während er in allen anderen Raumrichtungen demgegenüber relativ weich gelagert ist. In den anderen Raumrichtungen ist der Stator folglich weicher gelagert, weil in den von der jeweiligen Hauptkomponente der Kraft abweichenden Raumrichtungen weniger Kraft wirkt als in und entgegen der Rotationsrichtung.
-
Dabei können die Ausgleichselemente jeweils an einem Widerlager angreifen oder beide an einem einzigen Widerlager angreifen. Erfindungsgemäß jedoch greifen sie an dem oder den Widerlagern derartig an, dass ihre Hauptkraftkomponenten in Umfangsrichtung entgegengesetzt gerichtet sind.
-
Insbesondere können die Ausgleichselemente als Druckelemente ausgeführt sein. Insbesondere können dabei beispielsweise zylindrische Schraubendruckfedern, konische Druckfedern, doppelkonische Druckfedern, Tonnenfedern mit sich änderndem Windungsabstand und Drahtdurchmesser, Taillenfedern sowie Druckfedern mit nicht konstantem Drahtquerschnitt zum Einsatz kommen.
-
Alternativ oder kumulativ zu der formschlüssigen Verbindung zwischen der inneren Nockenwelle und dem Rotor kann auch eine kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung eingesetzt werden.
-
Insbesondere kann das Widerlager mittelbar oder unmittelbar mit dem Stator, beispielsweise an einem Zwischenteil, welches mit dem Stator fest verbunden ist, angeordnet sein.
-
Vorzugsweise greifen an dem Widerlager zumindest zwei als Schraubendruckfedern ausgeführte Ausgleichselemente an. Insbesondere liegen derartige Ausgleichselemente in einer entsprechenden Aufnahme des Widerlagers ein. Somit ist die Druckrichtung des ersten und des zweiten Ausgleichselementes entgegengesetzt gerichtet. Bei Schraubendruckfedern entspricht die Druckrichtung der Hauptkraftkomponente und gleichzeitig der Windungsrichtung der Federn. Dadurch wird das Widerlager und mittelbar der Stator mittels den beiden Ausgleichselementen in entgegengesetzte Richtung auf Druck beaufschlagt. Auf diese Weise kann der Stator in und entgegen der Rotationsrichtung härter im Vergleich zu den anderen in einem Winkel zur Rotationsrichtung liegenden Richtungen gelagert werden. Schraubendruckfedern stellen eine günstige und in verschiedenen Vorspannkräften erhältliche Variante von Ausgleichselementen dar.
-
Bevorzugt ist das Widerlager unmittelbar und/oder einstückig mit dem Stator verbunden. Dadurch wird der Lastpfad nicht über etwaige Befestigungselemente und/oder Zwischenelemente, sondern direkt von dem Stator und mittelbar über den Rotor abgeleitet, sodass das Risiko von versagenden Befestigungselementen und/oder Zwischenelementen entfällt. Insbesondere kann das Widerlager zusammen mit dem Stator mittels eines Sinterverfahrens hergestellt werden, wodurch eine einfache und günstige Herstellung des Stators zusammen mit dem Widerlager möglich ist. Insbesondere kann das Widerlager dabei aus zwei gegenüberliegenden in axialer Richtung des Stators verlaufenden Ausnehmungen des Stators gebildet sein. Derartige Ausnehmungen können direkt bei der Herstellung des Stators oder durch nachträgliche Bohrungen gebildet werden. Eine derartige Ausbildung des Widerlagers mittels Ausnehmungen im Stator ist besonders platzsparend. Alternativ oder kumulativ kann das Widerlager form- und/oder stoff- und/oder kraftschlüssig an dem Stator befestigt werden.
-
Vorzugsweise erstreckt sich das Widerlager in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung des Stators. Gemeint ist damit, dass das Widerlager als Vorsprung zum axialen und/oder zum radialen Verlauf des Stators ausgebildet sein kann. Dadurch können die Maße des Nockenwellenverstellers den Anforderungen hinsichtlich des vorhandenen Bauraumes angepasst werden.
-
Vorzugsweise weist der Stator mehrere, insbesondere drei Widerlager auf, die insbesondere äquidistant in gleichen Winkelabständen über dem Umfang des Stators angeordnet sind. Im Falle von drei Widerlagern an denen jeweils zwei Ausgleichselemente angreifen würden die Widerlager somit im Abstand von jeweils 120° Winkelversatz angeordnet sein. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine gleichmäßige Kraftverteilung insbesondere in Form von Vorspannung über den Stator.
-
Bevorzugt weist jedes Ausgleichselement ein Kopplungselement zur Kopplung mit einem mit der äußeren Nockenwelle formschlüssig verbundenen Zahnrads eines Antriebs auf. Alternativ oder kumulativ zur formschlüssigen Verbindung des Zahnrads mit der äußeren Welle kann eine kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung eingesetzt werden. Das Kopplungselement dient dabei der Kopplung/Befestigung des Widerlagers und somit zu einer mittelbaren oder unmittelbaren Kopplung/Lagerung des Stators an einem Bauteil der Umgebung, insbesondere an dem Zahnrad. Das Zahnrad kann insbesondere koaxial entlang der Drehachse angeordnet und mit der äußeren Nockenwelle koaxial insbesondere formschlüssig fest verbunden sein. Insbesondere können dabei die Kopplungselemente für das erste und das zweite Ausgleichelement jedoch einteilig ausgebildet sein, sodass ein Bauteil sowohl das Kopplungselement für das erste als auch für das zweite Ausgleichselement darstellen kann.
-
Besonders vorteilhaft an einer Anordnung aus einem Nockenwellenversteller nach einem der vorherigen Ansprüchen und einem Zahnrad, das formschlüssig mit der äußeren Nockenwelle verbunden ist, ist es, dass das Zahnrad zumindest ein zu dem/den Ausgleichselement/en des Stators korrespondierendes Lagergegenstück aufweist, an dem die Ausgleichselemente gelagert sind.
-
Auf diese Weise können die elastischen Ausgleichselemente zwischen dem Widerlager und dem Lagergegenstück unter definierter Vorspannung gelagert sein. Insbesondere kann das Zahnrad ein zu jedem Ausgleichelement des Stators korrespondierendes Lagergegenstück aufweisen, an dem das Ausgleichselement an dem Zahnrad gelagert ist. Insbesondere können dabei die Lagergegenstücke des Zahnrads für das erste und das zweite Ausgleichselement einstückig ausgebildet sein.
-
Alternativ oder kumulativ zur formschlüssigen Verbindung zwischen dem Zahnrad und der äußeren Nockenwelle können auch eine oder mehrere kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungen zum Einsatz kommen.
-
Vorzugsweise weist das Zahnrad zumindest ein Lagergegenstück auf, an dem zwei, insbesondere als Schraubendruckfedern ausgeführte Ausgleichselemente gelagert sind. Insbesondere kann dabei der Stator mittels des ersten Ausgleichselementes in der Rotationsrichtung und mittels des zweiten Ausgleichselementes entgegen der Rotationsrichtung vorgespannt sein. Somit wirkt die jeweilige Druckrichtung des ersten und des zweiten Ausgleichselementes in und entgegen der Rotationsrichtung, sodass der Stator in und entgegen der Rotationsrichtung steif gelagert ist, während er in anderen Raumrichtungen relativ zu der Rotationsrichtung weich gelagert ist. Insbesondere können jedoch an dem Lagergegenstück zwei Ausgleichselemente gelagert sein, die nicht demselben Widerlager des Stators zugeordnet sind. Folglich können an dem Lagergegenstück ein an einem ersten Widerlager angreifendes Ausgleichselement und ein an einem zweiten Widerlager angreifendes Ausgleichselement gelagert sein.
-
Bevorzugt weist das Zahnrad zumindest zwei Lagergegenstücke auf, an denen jeweils eins der Ausgleichselemente aufgenommen ist, wobei der Stator mittels des ersten Ausgleichselementes in der Rotationsrichtung und mittels des zweiten Ausgleichselementes entgegen der Rotationsrichtung vorgespannt ist. Auf diese Weise ist jedes Ausgleichselement jeweils einem Lagergegenstück des Zahnrades zugeordnet.
-
Vorzugsweise weist das Zahnrad mehrere Lagergegenstücke auf, insbesondere drei Lagergegenstücke, die insbesondere äquidistant in gleichen Winkelabständen über dem Umfang des Zahnrads angeordnet sind. Im Falle von drei Lagergegenstücken des Zahnrades, an denen jeweils zwei Ausgleichselemente gelagert sind, würden diese in einem Winkelabstand von 120° angeordnet sein. Mit einer derartigen Bauweise wird die Kraft insbesondere die Vorspannung über den Umfangsverlauf des Zahnrades gleichmäßig verteilt. Dadurch können weitere Positionsungenauigkeiten, die aus einer ungleichmäßigen Verteilung der Kraft über den Umfangsverlauf des Zahnrades resultieren können, vermieden werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel des Nockenwellenverstellers mit einem Zahnrad ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller;
- 2 eine axiale Ansicht des Nockenwellenverstellers.
-
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt. Identische Bauteile und Baugruppen sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller 10 und ein Zahnrad 1. Der Nockenwellenversteller 10 weist einen Stator 4 auf, an dem ein Rotor 5 entlang einer Drehachse Z drehbar gelagert ist. Form- und kraftschlüssig verbunden mit dem Rotor 5 ist eine innere Nockenwelle 3. Die innere Nockenwelle 3 ist wiederum koaxial in einer äußeren Nockenwelle 2 gelagert. Formschlüssig verbunden mit der äußeren Nockenwelle 2 ist das Zahnrad 1.
-
Ferner in der 1 eingezeichnet ist ein Koordinatensystem mit den Raumrichtungen X, Y, Z sowie der Rotationsrichtung rotZ, in die der Rotor drehbar gelagert ist. Der Stator 4 weist ein mit dem Stator 4 einstückig ausgebildetes Widerlager 7 auf, an dem ein erstes Ausgleichselement 11 angreift. Das Ausgleichselement 11 ist als Schraubendruckfeder ausgebildet. An dem Widerlager ist ferner ein zweites Ausgleichselement 11' aufgenommen, welches jedoch in 1 nicht dargestellt ist. Mittels der beiden Ausgleichselemente 11 und 11' ist der Stator 4 in und entgegen der Rotationsrichtung rotZ vorspannbar. In der Darstellung der 1 ist das Ausgleichselement 11 noch nicht an dem Zahnrad 1 gelagert.
-
Die 2 zeigt eine axiale Ansicht des Nockenwellenverstellers 10 sowie des Zahnrades 1. In der 2 ist sowohl das erste Ausgleichselement 11 als auch das zweite Ausgleichselement 11' in Form von Schraubendruckfedern ausgebildet. Die Ausgleichselemente 11 und 11' bilden eines der drei Ausgleichselementpaare gemäß der Anordnung nach 2. Insgesamt weist der Stator gemäß 2 drei Widerlager 7 auf, die äquidistant im Abstand von jeweils 120° angeordnet sind. Ferner weist das Zahnrad 1 sechs Lagergegenstücke 12, 12' auf. Die sechs Lagergegenstücke 12, 12' bilden drei Lagergegenstückpaare aus. An jeweils einem Lagergegenstückpaar 12, 12' sind die Ausgleichelemente 11 und 11' gelagert, sodass der Stator 4 mittels der Ausgleichselemente 11 und 11' in und entgegen der Rotationsrichtung rotZ vorgespannt ist.
-
Dadurch ist der Stator 4 mittels der Ausgleichselemente 11, 11' in und entgegen der Rotationsrichtung rotZ relativ hart gelagert, während er in anderen Raumrichtungen insbesondere Z, Y, X, rotY, und rotX relativ zu der Rotationsrichtung rotZ weicher gelagert ist. Somit kann das Drehmoment der Nockenwelle durch die härtere Lagerung in und entgegen der Rotationsrichtung rotZ präzise übertragen werden, während die Positionsungenauigkeiten in den anderen Raumrichtungen mittels der drei Ausgleichselementpaare ausgeglichen werden können. Auf diese Weise wird ein erhöhtes Reibmoment, insbesondere ein Blockieren zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 5 vermieden. Durch die Anordnung von drei Widerlagern 7 sowie den drei Ausgleichelementpaaren und den drei Lagergegenstückpaaren des Zahnrads 1 wird die Vorspannung gleichmäßig über den Umfangsverlauf des Stators 4 und des Zahnrades 1 verteilt. Auf diese Weise werden weitere Ungenauigkeiten, die aus einer nicht gleichmäßigen Verteilung der Vorspannung resultieren können, vermieden.
-
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
-
- WO 2016/030213 A1 [0002]
- WO 2011/133452 A2 [0002]
