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Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellsystem für eine erste Nockenwelle und eine zweite Nockenwelle, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die zweite Nockenwelle innerhalb der ersten Nockenwelle angeordnet ist, wobei ein hydraulischer Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps zur Verstellung der ersten Nockenwelle eingerichtet ist und ein elektrischer Nockenwellenversteller zur Verstellung der zweiten Nockenwelle eingerichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Nockenwellenverstelleinheit mit dem erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystem und zwei Nockenwellen, die vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind.
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Nockenwellenverstellsysteme für zwei Nockenwellen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Hierbei gibt es bspw. Unterschiede in der Art der jeweiligen Versteller, die sowohl elektrisch als auch hydraulisch sein können.
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So offenbart bspw. die
EP 3 141 711 A1 einen Doppelnockenwellenversteller, der für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, welcher eine Kurbelwelle und einen Ventiltrieb aufweist, der eine erste und eine zweite Gruppe Nocken aufweist, wobei die Phase der Nocken in jeder Gruppe unabhängig von der Phase der Nocken der anderen Gruppe relativ zu der Phase der Kurbelwelle anpassbar ist. Der Doppelversteller weist einen elektrischen ersten Versteller zum Ansteuern der ersten Gruppe Nocken und einen hydraulischen zweiten Versteller zum Ansteuern der zweiten Gruppe Nocken auf. Der hier gezeigte axial gekoppelte Aufbau zwischen dem hydraulischen und dem elektrischen Versteller ist jedoch sehr bauraum intensiv.
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Die
US 2014/0190435 A1 offenbart einen variablen Nockenwellenversteller mit einer ersten Fluidtransferanordnung mit einer Fluidtransferhülse und/oder mit einer Vielzahl druckbeaufschlagter Fluidpassagen, und einer Fluidtransferplatte mit einer Vielzahl druckbeaufschlagter Fluidpassagen. Jede Passage erstreckt sich, um mit einem entsprechenden umlaufend angeordneten ringförmigen Rillensegmentabschnitt zur selektiven Verbindung mit einem Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps abhängig von einer Winkelorientierung der Fluidtransferhülse während der Rotation in Fluidverbindung zu stehen. Jede Passage, welche sich von einem entsprechenden zentral angeordneten Port erstreckt, befindet sich in Fluidverbindung mit einem sich radial erstreckenden Passagenabschnitt und mit einem sich bogenförmig erstreckenden Passagenabschn itt.
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Die
US 2013/0306011 A1 offenbart einen variablen Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor mit einer konzentrischen Nockenwelle, welcher einen Stator mit einer Rotationsachse beinhalten kann. Ein äußerer Rotor kann relativ zur Rotationsachse des Stators unabhängig rotieren. Eine Kombination eines äußeren Flügels und einer Kavität kann mit dem äußeren Rotor assoziiert sein, um erste und zweite äußere variable Volumenarbeitskammern zu definieren. Ein radial innenliegender Rotor kann relativ zur Rotationsachse und unabhängig von sowohl dem Stator als auch dem äußeren Rotor rotieren. Eine Kombination aus einem äußeren Flügel und einer Kavität kann mit dem inneren Rotor assoziiert sein, um erste und zweite innere variable Volumenarbeitskammern zu definieren. Wenn die ersten und zweiten, inneren und äußeren Kammern selektiv mit einer Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid verbunden werden, wird die Phasenorientierung der äußeren und inneren Rotoren relativ zueinander und mit Bezug auf den Stator vereinfacht.
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Nachteilig aus den bisher bekannten Systemen ist, dass die Winkelverstellung der ersten und der zweiten Nockenwelle, auch als Ein- bzw. Auslassnockenwelle oder Innen- bzw. Außenwelle bezeichnet, über das Verstellsystem abhängig voneinander sind. Dadurch ist ein vergrößerter Verstellbereich der Innenwelle zum Gegensteuern der Außenwelle erforderlich. Dies kann zum einen hydraulisch nur bedingt umgesetzt werden, und zum anderen kann sich die Gegensteuerung als zeitlich intensiv erweisen und mit einem größeren Regelfehler einhergehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern und insbesondere ein kosten- und bauraumgünstiges System bereitzustellen, welches insbesondere die Nachteile des großen Verstellbereichs der Innenwelle, der zeitintensiven Gegensteuerung der Innenwelle sowie der fehlerbehafteten Regelgüte löst.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein an einem Stator des hydraulischen Nockenwellenverstellers befestigter Frontdeckel, der den hydraulischen Nockenwellenversteller an einer nockenwellenverstellerabgewandten Seite verschließt, eine Innenverzahnung zum Abstützen eines an der zweiten Nockenwelle angebrachten und zur Drehmomentaufnahme vom elektrischen Nockenwellenversteller vorbereiteten Flextopfs besitzt. Ferner wird die Aufgabe auch durch eine Nockenwellenverstelleinheit mit einem erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystem und zwei Nockenwellen, die vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind.
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Bei diesem Aufbau kann auf die Verwendung einer Kragenhülse und eines separaten Abtriebshohlrads verzichtet werden, wodurch der Gesamtaufbau besonders flach und günstiger realisierbar ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Frontdeckel ein integraler/einstückiger/einmaterialiger Bestandteil des Stators ist oder ein davon separates Bauteil. Ist der Frontdeckel ein integraler Bestandteil des Stators kann auch Verbindungselemente, wie bspw. Schrauben, verzichtet werden. Je nach Bauraum kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn der Frontdeckel als ein von dem Stator separates Bauteil ausgebildet ist, um bspw. die Montage zu vereinfachen.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn der Frontdeckel in ein Anschlagbauteil und ein davon separates Verzahnungsbauteil aufgeteilt ist oder der Frontdeckel sowohl einen Anschlag als auch einen Verzahnungsabschnitt besitzt. Auch hierbei ist es abhängig vom vorhandenen Bauraum, ob die beiden Funktionen in ein Bauteil integriert sind und auf zwei separate Bauteile aufgeteilt sind, um bspw. die Montage zu vereinfachen.
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Hierbei sieht eine mögliche Ausführungsform vor, dass das Anschlagbauteil oder der Anschlag eine Schulter besitzt, die eine Axialbewegung des Flextopfes und/oder einer Wälzlageraußenschale im Flextopf in Richtung eines elektrischen Motors des elektrischen Nockenwellenverstellers, d.h., von den Nockenwellen weg, unterbindet. Damit sichert das Anschlagbauteil, dass eine Verschiebung in Axialrichtung begrenzt bzw. unterbunden wird.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in Axialrichtung zwischen dem Rotor des hydraulischen Nockenwellenverstellers und dem Flextopf ein Adapterteil zum Ölleiten angeordnet ist. Dieses Adapterteil weist innere Kanäle und einen Ringkanal am Außendurchmesser auf, über welche die Zu- und Ableitung des Steueröls in/aus den Druckkammern des hydraulischen Verstellers ermöglicht wird.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn das Anschlagbauteil den Frontdeckel umgreift. Damit ergibt sich, ähnlich einem Federdeckel, eine einfache Montagemöglichkeit.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht hierbei vor, dass zwischen dem Anschlagbauteil und dem Frontdeckel ein Reibschluss, etwa ein Presssitz, ausgebildet ist.
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Von Vorteil ist es, wenn der Flextopf über ein Zwischenteil mit der zweiten Nockenwelle verbunden ist. Dies ermöglicht eine genauere Positionierung bzw. Zentrierung des Flextopfes bzgl. der Nockenwelle.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der elektrische Nockenwellenversteller mittels einer Oldham-Kupplung/Kreuzschlitzkupplung mit einer der Nockenwellen verbunden ist. Das heißt, dass die Kupplung als eine nicht schaltbare, drehstarre Kupplung ausgebildet ist, die einen Radialversatz zweier paralleler Wellen ausgleichen kann. Eine Oldham-Kupplung ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht näher auf diese eingegangen wird.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass die Verstellbereiche für die Außen- und für die Innenwelle durch Verwendung eines innenverzahnten Frontdeckels des hydraulischen Nockenwellenverstellers als Hohlrad für den Flextopf entkoppelt wird, welcher mit der Innenwelle der konzentrischen Nockenwelle drehmomentfest verbunden ist. Die axiale Lagerung der Verstellwelle erfolgt entweder über eine Abstufung am Innendurchmesser des Frontdeckels oder über einen auf den Frontdeckel-Außendurchmesser aufgepressten Blechdeckel, analog zu dem Federdeckel im hydraulischen Versteller mit der Spiralfeder. Zwischen dem Flextopf und der Nockenwelle ist ein zusätzlicher Adapter verbaut, der mit seinen inneren Kanälen und dem Ringkanal am Außendurchmesser die Zu- und Ableitung des Steueröls in/aus den Druckkammern A und B des hydraulischen Verstellers ermöglicht. Zwischen dem Adapter-Außendurchmesser und dem Rotor-Innendurchmesser ist ein Stütz-/Gleitlager für den Flextopf gebildet.
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Somit ist ein besonders flacher Aufbau des Nockenwellenverstellsystems möglich. Ein separates Abtriebshohlrad entfällt, wodurch das System günstiger ist und eine höhere Druckübersetzung des hydraulischen Verstellers im gleichen radialen Bauraum realisierbar ist. Die Kostenratio der Integration für das Härten der Verriegelungskulisse und der Verzahnung in einer Wärmebehandlung ist verbessert. Ferner können die äußere Welle und die innere Welle unabhängig voneinander zur Kurbelwelle verstellt werden. Das erfindungsgemäße elektrisch-hydraulische System ermöglicht somit besonders hohe Verstellgeschwindigkeiten der inneren Nockenwelle auch bei Niedrigtemperaturen unter 0°C.
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Man kann also auch sagen, dass die Erfindung eine Entkopplung der Verstellbereiche für die Außen- und für die Innenwelle durch Verwendung eines innenverzahnten Frontdeckels des hydraulischen Nockenwellenverstellers als Hohlrad für den Flextopf betrifft, welcher mit der Innenwelle der konzentrischen Nockenwelle drehmomentfest verbunden ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellsystems in einer ersten beispielhaften Ausführungsform in perspektivischer Darstellung;
- 2 die in 1 gezeigte erste beispielhafte Ausführungsform des Nockenwellenverstellsystems in einer Längsschnittansicht;
- 3 die erste beispielhafte Ausführungsform des Nockenwellenverstellsystems in einer perspektivischen Ansicht von schräg hinten;
- 4 die erste beispielhafte Ausführungsform des Nockenwellenverstellsystems in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne;
- 5 eine Querschnittansicht des Nockenwellenverstellsystems im Bereich einer Deckel-Verzahnung;
- 6 eine Querschnittansicht des Nockenwellenverstellsystems im Bereich eines Frontdeckels;
- 7 eine perspektivische Darstellung des Frontdeckels in einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
- 8 eine Längsschnittansicht des in 7 dargestellten Frontdeckels;
- 9 eine Längsschnittansicht des Nockenwellenverstellsystems in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform;
- 10 eine perspektivische Darstellung des Frontdeckels in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform;
- 11 eine Längsschnittansicht des in 10 dargestellten Frontdeckels; und
- 12 eine Ausschnittansicht XII aus 11 in vergrößerter Darstellung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch in anderen Ausführungsbeispielen realisiert werden. Sie sind also untereinander austauschbar.
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Die 1 bis 6 zeigen ein Nockenwellenverstellesystem 1 in einer ersten beispielhaften Ausführungsform in verschiedenen Ansichten. 1 zeigt das Nockenwellenverstellsystem 1 in einer Längsschnittansicht. Das Nockenwellenverstellsystem 1 dient zur Verstellung einer ersten Nockenwelle 2 und einer zweiten Nockenwelle 3, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die zweite Nockenwelle 3 radial innerhalb der ersten Nockenwelle 2 angeordnet ist. Die erste Nockenwelle 2 wird über einen hydraulischen Nockenwellenversteller 4 des Flügelzellentyps verstellt, während die zweite Nockenwelle 3 über einen elektrischen Nockenwellenversteller 5 verstellt wird. Das bedeutet, dass der hydraulische Nockenwellenversteller 4 zur Verstellung einer Phasenlage der äußeren Nockenwelle 2 auf diese einwirkt und der elektrische Nockenwellenversteller 5 zur Verstellung einer Phasenlage der inneren Nockenwelle 3 auf diese einwirkt.
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Der hydraulische Nockenwellenversteller 4 des Flügelzellentyps weist unter anderem einen Stator 6 auf, welcher in Axialrichtung auf einer Seite, welche den Nockenwellen 2, 3 abgewandt ist, durch einen ringartigen Frontdeckel 7 verschlossen wird. Der Frontdeckel 7 besitzt eine Innenverzahnung 8, d.h., eine Verzahnung, welche an seinem Innendurchmesser ausgebildet ist (siehe auch 7 und 8), welche zur Abstützung eines an der zweiten Nockenwelle 3 angebrachten und zur Drehmomentaufnahme vom elektrischen Nockenwellenversteller 5 vorbereiteten Flextopfes 9 dient. Hierzu kämmt die Innenverzahnung 8 des Frontdeckels 7 mit einer Außenverzahnung 10 des Flextopfes 9, d.h., mit einer Verzahnung welche an einem Außendurchmesser des Flextopfes 9 ausgebildet ist. Somit dient der Frontdeckel 7 als ein Hohlrad für den Flextopf 9 und entkoppelt hier die Verstellbereiche für die erste Nockenwelle 2 und die zweite Nockenwelle 3.
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Mit Bezug auf die 1 und 2 wird nachfolgend der hydraulische Nockenwellenversteller 5 näher erläutert. Wie bereits vorstehend erwähnt, weist der hydraulischen Nockenwellenversteller 4 einen Stator 6 und einen koaxial dazu angeordneten und radial innenliegenden Rotor 11 auf, wobei der Rotor 11 zum Stator 6 relativ verdrehbar gelagert ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stator 6 integral mit einem Antriebsrad 12 ausgebildet. Das Antriebsrad 12, welches hier als ein Kettenrad ausgebildet ist, ist somit mit den Nockenwellen 2, 3 zur Drehmomenteinleitung gekoppelt.
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Der elektrische Nockenwellenversteller 5 weist einen Elektromotor 13 auf, welcher eine Abtriebswelle 14 besitzt. Diese ist über eine Oldham-Kupplung 15 mit dem Flextopf 9 drehmomentübertragend gekoppelt. Der Flextopf 9 wiederum ist über ein Zwischenteil 16 und eine Zentralschraube 17 an der inneren, d.h., zweiten Nockenwelle 3 angebracht. Die Oldham-Kupplung 15 kann einen Radialversatz zweier paralleler Wellen ausgleichen. Der Flextopf 9 ist über ein Wälzlager 18 an seinem Innendurchmesser gelagert.
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Zwischen der zweiten Nockenwelle 3 und dem Flextopf 9 ist in Axialrichtung ein (zusätzliches) Adapterteil 19 angeordnet, welches innere Kanäle 20 und einen Ringkanal 21 am Außendurchmesser aufweist. Diese dienen zur Zu- und Ableitung des Steueröls in und aus den Druckkammern A und B des hydraulischen Nockenwellenverstellers 4, welche durch den Stator 6 und den Rotor 11 ausgebildet werden. Zwischen dem Außendurchmesser des Adapterteils 19 und dem Innendurchmesser des Rotors 11 ist ein Stütz- bzw. Gleitlager 22 für den Flextopf 9 ausgebildet.
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Der hydraulische Nockenwellenversteller 4 wird in Axialrichtung beidseitig von je einem Deckel verschlossen, wobei ein erster, in 2 links angeordneter (also auf der den Nockenwellen 2, 3 abgewandten Seite) Deckel dem Frontdeckel 7 entspricht und ein in 2 rechts angeordneter (als auf der den Nockenwellen 2, 3 zugewandten Seite) als ein ringförmiger Deckel 23 mit einem Rotorkontaktflansch 24 ausgebildet ist.
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Der Rotor 11 ist auf der ersten Nockenwelle 2 über eine Lagerstelle 25 gelagert. Um eine axiale Verschiebung von den Nockenwellen 2, 3 weg, insbesondere des den Flextopf 9 beinhaltenden Aufbaus zu verhindern, ist in der ersten Ausführungsform ein Blechdeckel 26 vorgesehen, welcher als ein separater Anschlagdeckel dient. Der Blechdeckel 26 ist hierfür mittels einer Presspassung auf den Außendurchmesser des Frontdeckels 7 montiert.
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Wie insbesondere in den 3, 5 und 6 zu erkennen ist, sind der Frontdeckel 7, der hydraulischen Nockenwellenversteller 4, vorzugsweise im Bereich des Stators 6, und der Deckel 23 über mehrere Schrauben 27 in Axialrichtung miteinander verbunden. Die Schrauben 7 sind vorzugsweise, wie hier gezeigt, über den Umfang gleichverteilt angeordnet (siehe 3, 5 und 6). Hierfür weisen die entsprechenden Bauteile Öffnungen 28 auf, wie beispielshaft in 7 am Frontdeckel 7 gezeigt.
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Die 9 bis 12 zeigen das Nockenwellenverstellsystem 1 in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, weshalb im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
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Im Unterschied zu der in den 1 bis 8 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform, besitzt die zweite beispielhafte Ausführungsform keinen Blechdeckel 26, der als Anschlagbauteil dient. Dafür weist der Frontdeckel 7 auf einer axialen Seite (der nockenwellenabgewandten Seite) einen nach radial innen vorstehenden Kranz 29 auf, der in diesem Fall als das Anschlagbauteil dient (siehe insbesondere die Fign .10 bis 12). Somit ist in der zweiten Ausführungsform in dem Frontdeckel 7 sowohl der Verzahnungsabschnitt 8, welcher als Hohlrad für den Flextopf 9 dient, als auch das Anschlagbauteil integriert.
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Aus der Detailansicht in 12 ist zu erkennen, dass der Kranz 29 über eine Fase zur Verzahnung 8 beabstandet ist, um ein Rundlaufen des Zahneingriffs zwischen der Innenverzahnung 8 des Frontdeckels 7 und der Außenverzahnung 10 des Flextopfes 9 nicht zu beeinträchtigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenverstellsystem
- 2
- erste Nockenwelle
- 3
- zweite Nockenwelle
- 4
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 5
- elektrischer Nockenwellenversteller
- 6
- Stator
- 7
- Frontdeckel
- 8
- Innenverzahnung
- 9
- Flextopf
- 10
- Außenverzahnung
- 11
- Rotor
- 12
- Antriebsrad
- 13
- Elektromotor
- 14
- Abtriebswelle
- 15
- Oldham-Kupplung
- 16
- Zwischenteil
- 17
- Zentralscheibe
- 18
- Wälzlager
- 19
- Adapterteil
- 20
- innerer Kanal
- 21
- Ringkanal
- 22
- Stütz-/Gleitlager
- 23
- Deckel
- 24
- Rotorkontaktflansch
- 25
- Lagerstelle
- 26
- Blechdeckel
- 27
- Schraube
- 28
- Öffnung
- 29
- Kranz
- 30
- Fase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3141711 A1 [0003]
- US 2014/0190435 A1 [0004]
- US 2013/0306011 A1 [0005]