DE102018119030A1

DE102018119030A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102018119030A1
Application number: DE102018119030.1A
Authority: DE
Inventors: Stephan Wanner; Norbert Lösch
Original assignee: Eco Holding 1 GmbH
Current assignee: Eco Holding 1 GmbH
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2019-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (100). Der Nockenwellenversteller (100) weist einen Stator (101) und einen Rotor (103) auf. Der Rotor (103) ist drehbeweglich an dem Stator (101) angeordnet. Zudem weist der Rotor (103) eine Öffnung (105) mit einer Innenverzahnung auf. Des Weiteren weist der Nockenwellenversteller (100) eine Lagervorrichtung (110) zur Lagerung des Stators (101) gegenüber dem Rotor (103) auf. Die Lagervorrichtung (110) ist durch die Öffnung (105) des Rotors (103) geführt. Ferner weist die Lagervorrichtung (110) eine in die Innenverzahnung der Öffnung (105) eingreifende Außenverzahnung auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine.
Zur Steuerung von Ventilöffnungszeitpunkten oder Ventilschließzeitpunkten in Verbrennungskraftmaschinen werden häufig Nockenwellen verwendet. Hierbei sind die vorgenannten Zeitpunkte durch die Position der Nocke auf der Nockenwelle und die geometrische Form der Nocke fest vorgegeben.
Um eine Feineinstellung dieser Zeitpunkte zu ermöglichen, können Nockenwellenversteller verwendet werden. Diese weisen häufig einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbeweglichen Rotor auf. Hierbei kann der Stator mittels eines Antriebsrades oder eines Zahnrades über einen Riemen oder eine Kette mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein. Zudem kann der Rotor mit der Nockenwelle verbunden sein. Durch Verdrehen des Rotors bezüglich des Stators kann die Nockenwelle relativ zum Stator verdreht werden, um die vorgenannten Zeitpunkte feineinzustellen. Derartige Nockenwellenversteller sind beispielhaft in den Dokumenten DE 10 2006 019 607 B4 , DE 10 2010 018 202 A1 und DE 10 2015 214 725 A1 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Nockenwellenversteller zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt wird die Aufgabe durch einen Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine gelöst. Der Nockenwellenversteller weist einen Stator und einen Rotor auf. Der Rotor ist drehbeweglich an dem Stator angeordnet. Zudem weist der Rotor eine Öffnung mit einer Innenverzahnung auf. Des Weiteren weist der Nockenwellenversteller eine Lagervorrichtung zur Lagerung des Stators gegenüber dem Rotor auf. Die Lagervorrichtung ist durch die Öffnung des Rotors geführt. Ferner weist die Lagervorrichtung eine in die Innenverzahnung der Öffnung eingreifende Außenverzahnung auf. Durch die Verzahnung des Rotors mit der Lagervorrichtung kann die Kraftübertragung zwischen Rotor und Stator verbessert werden.
Die Öffnung des Rotors kann eine runde Öffnung sein. Zudem können sich die Zähne der Innenverzahnung und der Außenverzahnung parallel zu der Drehachse des Nockenwellenverstellers erstrecken. Ferner kann die Innenverzahnung und/oder die Außenverzahnung eine teilweise oder vollständig umlaufende Verzahnung sein.
Der Nockenwellenversteller kann ein auf Basis eines hydraulischen Schwenkmotorprinzips arbeitender Nockenwellenversteller sein, der während des Motorbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine, wie eines Otto-Motors oder eines Dieselmotors, die Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle verdreht. Hierzu können Stege des Stators und Flügel des Rotors zusammen Kammern bilden. Durch Einleiten von Druckfluid, beispielsweise Öl, in diese Kammern kann der Rotor relativ zum Stator verdreht werden.
Des Weiteren kann der Stator mittels eines Antriebsrades oder eines Zahnrades über einen Riemen oder eine Kette mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein. Bei Übertragung der Bewegung der Kette oder des Riemens auf das Antriebsrad oder das Zahnrad können Kräfte entstehen, die von dem Antriebsrad oder dem Zahnrad über den Stator auf den Rotor und letztendlich von einer mit dem Rotor verbundene Nockenwelle abgefangen werden. Durch einen dezentralen Angriff des Riemens oder der Kette kann es zu einem Kippmoment kommen, welches zu erhöhten Reibmomenten zwischen Stator und Rotor führen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers weist zumindest ein Zahn der Außenverzahnung ein sich in Längsrichtung des Zahns erstreckendes Höhenprofil auf. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Rotor einen zusätzlichen Freiheitsgrad aufweisen kann, um diesen von dem vorgenannten Kippmoment zu entkoppeln. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Zähne der Außenverzahnung dasselbe Höhenprofil auf. In einer alternativen Ausführungsform können die Zähne der Außenverzahnung unterschiedliche Höhenprofile aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers ist das Höhenprofil eine gewölbte oder eine konvexe Zahnkontur. Dadurch kann die Entkopplung des Rotors vom Kippmoment verbessert werden. Beispielsweise ist die Außenverzahnung ballförmig ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers beträgt eine minimale Höhe des Höhenprofils weniger als 90%, weniger als 80%, weniger als 70%, weniger als 60%, weniger als 50%, weniger als 40%, weniger als 30%, weniger als 20% oder weniger als 10% der maximalen Höhe des Höhenprofils.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers weist die Lagervorrichtung ein Lagerelement für eine Nockenwelle und ein Entkopplungselement mit der Außenverzahnung auf. In einer alternativen Ausführungsform können das Lagerelement und das Entkopplungselement einstückig gebildet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers sind das Lagerelement und das Entkopplungselement verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise durch einen Reibschluss hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können das Lagerelement und das Entkopplungselement stoffschlüssig verbunden sein. Ebenso ist ein Formschluss denkbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers sind das Lagerelement und/oder das Entkopplungselement einstückig gefertigt. Beispielsweise werden das Lagerelement und/oder das Entkopplungselement durch Sintern gefertigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers weist das Entkopplungselement einen ersten Hohlzylinderabschnitt und einen zweiten Hohlzylinderabschnitt auf. Zudem beträgt ein Durchmesser des ersten Hohlzylinderabschnitts weniger als 90%, weniger als 80%, weniger als 70%, weniger als 60% oder weniger als 50% eines Durchmessers des zweiten Hohlzylinderabschnitts. Der Durchmesser des jeweiligen Hohlzylinderabschnitts kann der maximale Durchmesser, insbesondere inklusive der Außenverzahnung, des jeweiligen Hohlzylinderabschnitts sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers ist die Außenverzahnung an dem ersten Hohlzylinderabschnitt angeordnet. Zudem weist der zweite Hohlzylinderabschnitt zumindest eine Bohrung zur Druckmittelführung auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Nockenwellenverstellers weist die Lagervorrichtung ein weiteres Lagerelement für eine weitere Nockenwelle auf. Das Lagerelement und das weitere Lagerelement können an gegenüberliegenden Seiten des Entkopplungselements angeordnet sein.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1a-b einen Nockenwellenversteller gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2a-b vergrößerte Ausschnitte der 1b;
3a-b weitere Schnittansichten des in 1a-b gezeigten Nockenwellenverstellers; und
4 ein Entkopplungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die 1a und 1b zeigen einen Nockenwellenversteller 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei zeigt die 1a eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers 100 während die 1b einen Schnitt des Nockenwellenverstellers 100 zeigt. Der Nockenwellenversteller 100 weist einen Stator 101 und einen Rotor 103 auf. Der Rotor 103 ist drehbeweglich in dem Stator 101 angeordnet. Zudem weist der Rotor 103 eine Öffnung 105 mit einer Innenverzahnung auf. Des Weiteren weist der Nockenwellenversteller 100 eine Lagervorrichtung 110 zur Lagerung des Stators 101 gegenüber dem Rotor 103 auf. Die Lagervorrichtung 110 ist durch die Öffnung 105 des Rotors 103 geführt. Ferner weist die Lagervorrichtung 110 eine in die Innenverzahnung der Öffnung 105 eingreifende Außenverzahnung auf. Die Lagervorrichtung 110 weist des Weiteren ein Entkopplungselement 111 und ein Lagerelement 113 auf. Das Entkopplungselement 111 und das Lagerelement 113 sind beispielsweise reibschlüssig über eine nicht dargestellte Zentralschraube verbunden. In alternativen Ausführungsformen können das Lagerelement 113 und das Entkopplungselement 111 stoffschlüssig verbunden oder einstückig gebildet sein.
Ferner ist der Stator 101 mit einem Zahnrad 121 verbunden, welches einstückig mit einer Verschlussscheibe 123 des Nockenwellenverstellers 100 gebildet ist. Zudem weist der Nockenwellenversteller 100 eine Drehfeder 125 zum Einstellen der Geschwindigkeit der Verstellung des Rotors 103 bezüglich des Stators 101 auf. Die Drehfeder 125 kann an dem Lagerelement 113 und an dem Stator 101 oder einem statorfesten Bauteil befestigt sein. Ferner ist an dem Rotor 103 ein Verriegelungselement 130 zum Verriegeln der Position des Rotors 103 relativ zu dem Stator 101 angeordnet. Das Verriegelungselement 130 weist einen Verriegelungsbolzen 131 und eine Feder 133 auf.
Die 2a und b zeigen vergrößerte Ausschnitte der 1b mit Fokus auf die Öffnung 105. In der 2b ist im Gegensatz zur 2a das Entkopplungselement 111 entfernt, so dass die Innenverzahnung 201 der Öffnung 105 erkennbar ist. Die Zähne der Innenverzahnung 201 verlaufen parallel zur Drehachse des Nockenwellenverstellers 100.
Die 3a und b zeigen weitere Schnittansichten des in den 1a und b gezeigten Nockenwellenverstellers 100. In der in 3a gezeigten Ansicht ist erkennbar, dass das Entkopplungselement 111 eine Außenverzahnung 301 mit einer Vielzahl von Zähnen 303 aufweist. Die Außenverzahnung 301 greift in die Innenverzahnung 201 der Öffnung 105 des Rotors 103 ein. Wie aus der in 3b gezeigten Ansicht ersichtlich weisen die Zähne 303 ein sich in Längsrichtung der Zähne 303 erstreckendes Höhenprofil 305 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Höhenprofil 305 eine konvexe Zahnkontur.
Durch die konvexe Zahnkontur kann der Rotor 103 von dem oben beschriebenen Kippmoment entkoppelt werden und einen zusätzlichen Freiheitsgrad bekommen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Toleranz der axialen Höhe der Rotorflügel des Rotors 103 reduziert werden, wodurch eine geringere Öl-Leckage erreicht werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in dem Nockenwellenversteller 100 eine Übertragung des Kippmoments auf den Rotor 103 vermieden oder zumindest reduziert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfährt die Momentübertragung von dem Entkopplungselement 111 oder der Lagervorrichtung 110 auf den Rotor 103 keine Einschränkungen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Nockenwellenversteller 100 weniger Reibung, insbesondere weniger Reibung zwischen Rotor 103 und Stator 101 und/oder zwischen Rotor 103 und Verschlussscheibe 123, und dadurch weniger Verschleiß sowie eine längere Lebensdauer aufweisen.
4 zeigt ein Entkopplungselement 111 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Entkopplungselement 111 weist einen ersten Hohlzylinderabschnitt 410 und einen zweiten Hohlzylinderabschnitt 420 auf. Die Außenverzahnung 301 ist an dem ersten Hohlzylinderabschnitt 410 angeordnet. Zudem weist der zweite Hohlzylinderabschnitt 420 mehrere Bohrungen 421 zur Druckmittelführung auf. Des Weiteren beträgt ein Durchmesser des ersten Hohlzylinderabschnitts 410 weniger als 90% eines Durchmessers des zweiten Hohlzylinderabschnitts 420.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006019607 B4 [0003]
DE 102010018202 A1 [0003]
DE 102015214725 A1 [0003]

Claims

Nockenwellenversteller (100) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit: einem Stator (101); einem Rotor (103), welcher an dem Stator (101) drehbeweglich angeordnet ist, und welcher eine Öffnung (105) mit einer Innenverzahnung (201) aufweist; und einer Lagervorrichtung (110) zur Lagerung des Stators (101) gegenüber dem Rotor (103), welche durch die Öffnung (105) des Rotors (103) geführt ist, und welche eine in die Innenverzahnung (201) der Öffnung (105) eingreifende Außenverzahnung (301) aufweist.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zahn (303) der Außenverzahnung (301) ein sich in Längsrichtung des Zahns (303) erstreckendes Höhenprofil (305) aufweist.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Höhenprofil (305) eine gewölbte oder eine konvexe Zahnkontur ist.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Höhe des Höhenprofils (305) weniger als 90% der maximalen Höhe des Höhenprofils (305) beträgt.
Nockenwellenversteller (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (110) ein Lagerelement (113) für eine Nockenwelle und ein Entkopplungselement (111) mit der Außenverzahnung (301) aufweist.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (113) und das Entkopplungselement (111) verbunden sind.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (113) oder das Entkopplungselement (111) einstückig gefertigt ist.
Nockenwellenversteller (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (111) einen ersten Hohlzylinderabschnitt (410) und einen zweiten Hohlzylinderabschnitt (420) aufweist, und dass ein Durchmesser des ersten Hohlzylinderabschnitts (410) weniger als 90% eines Durchmessers des zweiten Hohlzylinderabschnitts (420) beträgt.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (301) an dem ersten Hohlzylinderabschnitt (410) angeordnet ist, und dass der zweite Hohlzylinderabschnitt (420) zumindest eine Bohrung (421) zur Druckmittelführung aufweist.
Nockenwellenversteller (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (110) ein weiteres Lagerelement für eine weitere Nockenwelle aufweist.