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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung eines elektrischen Nockenwellenverstellers zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine an einer Nockenwelle gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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In
DE 10 2017 109 305 A1 ist ein elektrischer Nockenwellenversteller mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Stellgetriebe beschrieben, wobei ein Abtriebselement zur Verbindung mit einer zu verstellenden Nockenwelle und eine den Verstellbereich der Nockenwelle begrenzende Anschlagscheibe vorgesehen sind. Zur Verbindung des Abtriebselements und der Anschlagscheibe mit der Nockenwelle ist eine einen Endabschnitt der Nockenwelle durchdringende Zentralschraube vorgesehen. Üblicherweise wird der Nockenwellenversteller nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine in eine definierte gesicherte Ausgangsstellung als Basisposition zurückgestellt. Die Basisposition ist über einen mechanischen Anschlag der Anschlagscheibe definiert. Mit welcher Verstellgeschwindigkeit der Anschlag der Basisposition angefahren wird, hängt unter anderem von der Softwarestrategie ab. Im ungünstigsten Fall kann die Verstellgeschwindigkeit in der Nähe des Anschlags, insbesondere durch einen Steuerungsfehler oder Controller-Ausfall einer den Betrieb steuernden Steuereinrichtung, zu hoch sein. Nach Erreichen des Anschlags werden die schnell drehenden Bauteile des Stellgetriebes und eines das Stellgetriebe betätigenden Elektromotors, mit großer Massenträgheit kurzzeitig abgebremst. Dadurch entstehen im Stellgetriebe entstehen hohe Reaktionsmomente, welche dazu führen können, dass das Abtriebselement im Klemmverband der Zentralschraube durchrutschen kann. Die Folge ist ein Versagen des Klemmverbands. Dadurch können insbesondere Teile des Stellgetriebes beschädigt und Betriebsstörungen auftreten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der vorgenannten Art vorzuschlagen, bei der die beschriebenen Nachteile vermieden werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Zeichnungen.
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Es wird eine Anordnung zur Befestigung eines elektrischen Nockenwellenverstellers zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine an einer Nockenwelle vorgeschlagen. Der Nockenwellenversteller weist eine Abtriebseinheit auf, die über eine Zentralschraube in einem axialen Klemmverband an einem antriebsseitigen Ende der Nockenwelle zur Übertragung eines Drehmoments befestigt ist. Zur Begrenzung der Verstellung einer Phasenlage zwischen einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antreibbaren Antriebsrad des Nockenwellenverstellers und der Abtriebseinheit ist ein Anschlagmechanismus vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Zentralschraube mit einem Außengewinde ausgeführt, mit dem sie in ein Innengewinde an der Nockenwelle zur Befestigung eingedreht ist, derart, dass das die Anzugs- bzw. Einschraubdrehrichtung der Zentralschraube in Richtung des beim Anschlagen am Anschlagmechanismus auftretenden Reaktionsmoments gerichtet ist. Auf diese Weise wird die Zentralschraube mit jeder Anschlagskollision durch das Reaktionsmoment fester angezogen und ein Lösen derselben und des Klemmverbands sicher vermieden.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine an einer Nockenwelle,
- 2 die Anordnung in einer Explosionsdarstellung,
- 3 eine Einzelansicht eines Abtriebsrads des Nockenwellenverstellers,
- 4 eine Einzelansicht einer Anschlagscheibe des Nockenwellenverstellers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 und 2 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers 1 an einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 dient zur variablen Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine. Die Anordnung weist eine zweiteilige Abtriebseinheit bestehend aus einem Abtriebsrad 3 und einer Anschlagscheibe 4 auf. Abtriebsrad 3 und Anschlagscheibe 4 sind koaxial hintereinander im Klemmverband mit einer Zentralschraube 5 an der Nockenwelle 2 drehfest zur Übertragung eines Drehmoments befestigt. Die Zentralschraube 5 ist mit einem Außengewinde 15 in eine vom antriebsseitigen freien Ende der Nockenwelle 2 ausgehenden zentrale Axialbohrung 16 mit einem Innengewinde 17 eingeschraubt. Hierbei ist das Abtriebsrad 3 als Abtriebshohlrad ausgeführt und am abtriebsseitigen Ende mit einem Befestigungsabschnitt 6 nach radial innen eingezogen, der eine zentrale Durchtrittsöffnung mit einem axial vorstehenden hohlzylindrischer Zapfen 7 bildet. Mit dem Befestigungsabschnitt 6 ist das Abtriebshohlrad 3 im Klemmverband angeordnet, wobei die Zentralschraube 5 an der zentralen Durchtrittsöffnung hindurchgeführt ist. Dabei dient der Zapfen 7 als Zentrierbund und greift in eine zentrale Zentrierbohrung 14 an der Anschlagscheibe 4 antriebsseitig axial ein. Am abtriebsseitigen Ende der Zentrierbohrung 14 greift die Nockenwelle 2 mit einem freien antriebsseitigen Ende ein.
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Der Nockenwellenversteller 1 ist über ein koaxial angeordnetes Antriebsrad 8, von einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit einem Drehmoment antreibbar. Am hier beispielhaft als Kettenrad ausgeführten Antriebsrad 6 sind zwei Außenverzahnungen für zwei Kettenspuren zum Antrieb vorgesehen. Antriebsrad 1 und Abtriebseinheit sind koaxial und verdrehbar zueinander angeordnet. Hierbei werden Abtriebsrad 3 und Anschlagscheibe 4 radial außen gehäuseartig vom Antriebsrad 1 umfasst.
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Zur Begrenzung des Verstellbereichs des Nockenwellenverstellers ist ein mechanischer Anschlagmechanismus 9 vorgesehen. Der Anschlagmechanismus 9 begrenzt die Verdrehung von Antriebsrad 1 und Abtriebseinheit auf einen vorbestimmten Drehwinkel. Er bildet einen Anschlag „Früh“ zur Verstellung der Nockenwelle 2 in Richtung früherer Steuerzeiten zum Öffnen oder Schließen der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine und einen Anschlag „Spät“ zur Verstellung der Nockenwelle 2 in Richtung späterer Steuerzeiten der Gaswechselventile. Üblicherweise ist bei einem eine Auslass-Nockenwelle 2 der Brennkraftmaschine ansteuernden Nockenwellenversteller 1 der Anschlag „Spät“ als sogenannte Basisposition definiert. Sobald der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine abgestellt wird, gelangt der Nockenwellenversteller automatisch in die Basisposition als definierte gesicherte Position am Anschlag „Spät“ als Endanschlag.
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Der Nockenwellenversteller 1 ist von einem nicht dargestellten elektrischer Stellantrieb mit einem Elektromotor mit einem Verstellmoment antreibbar, das über eine sogenannte Verstellwelle 10 eines Verstellgetriebes auf das Abtriebsrad 3 übertragbar ist. Beim Erreichen des Anschlags mit hoher Verstellgeschwindigkeit kann beim kurzzeitigen Abbremsen durch die dabei auftretenden hohe Reaktionsmomente das Abtriebsrad 3 im Klemmverband der Zentralschraube 5 durchrutschen. Eine Folge ist, dass das hohe Reaktionsmoment über eine an der Anschlagscheibe 4 ausgebildete axiale Erhebung 11, insbesondere ein mit der Anschlagscheibe 4 festverbundener Stift, fließt und diesen beschädigt (3 und 4). Der Stift 11 ist axial vorstehend an der dem Abtriebsrad 3 zugewandten axialen Stirnseite der Anschlagscheibe 4 angeordnet und greift am gegenüberliegenden Befestigungsabschnitt 6 des Abtriebsrads 3 in eine korrespondierende Ausnehmung 12, hier ein Langloch, ein. Er verbindet die Anschlagscheibe 4 und das Abtriebsrad 3 drehfest und dient zur Ausrichtung von Abtriebsrad 3 und Anschlagscheibe 4 in Umfangsrichtung.
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Das Verstellgetriebe des Nockenwellenverstellers zur Verstellung der Einlass-Nockenwelle ist vorzugsweise als Positiv-Getriebe ausgeführt. Damit wird sichergestellt, dass der Versteller sicher die Basisposition „Spät“ erreicht. Bei diesem Verstellgetriebetyp dreht das Abtriebsrad 3 bei einer Verstellung in Richtung „Spät“ entgegen dem Uhrzeigersinn bei einer axialen Draufsicht auf den Schraubenkopf 13 der Zentralschraube 5. Durch die Haftreibung zwischen Schraubenkopf 13 und Abtriebsrad 3 kann dies bei einer üblichen Zentralschraube 5 mit Rechtsgewinde zu einem Lösemoment führen, was letztendlich zum Versagen des Klemmverbandes der Zentralschraube 5 führt. Erfindungsgemäß ist die Zentralschraube 5 mit einem Linksgewinde als Außengewinde 15 ausgeführt, derart, dass das am „Spät“-Anschlag auftretende Reaktionsmoment am Schraubenkopf in Anzugs- bzw. Einschraubdrehrichtung der Zentralschraube 5 liegt. Dadurch wird die Zentralschraube 5 mit jeder Anschlagskollision fester angezogen und ein Lösen derselben und des Klemmverbands sicher vermieden.
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Alternativ können ein oder mehrere Dämpferelemente am Anschlag zur Reduzierung der Reaktionsmomente bei der Anschlagkollision vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine einteilige Abtriebseinheit mit integrierter Anschlagkontur als sogenannten One-part-output zu verwenden. Es ist auch möglich, eine Laserstruktur im Klemmverband vorzusehen, um eine größere Reibzahl zu erreichen.
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Das vom elektrischen Stellantrieb erzeugte Verstellmoment wird über die Verstellwelle 10 auf das Abtriebsrad 3 übertragen. Hierdurch wird eine Drehwinkelverstellung des Abtriebsrads 3 gegenüber der Kurbelwelle und damit eine entsprechende Phasenlage der mit dem Abtriebsrad 3 drehfest verbindbaren Nockenwelle 2 gegenüber der Kurbelwelle erreicht. Auf diese Weise können die Steuerzeiten der durch die Nockenwelle 2 ansteuerbaren Gaswechselventile der Brennkraftmaschine variabel eingestellt werden. Hierbei sind das Antriebsrad 1, die Verstellwelle 10, das Abtriebsrad 3 und die Nockenwelle 2 koaxial zu einer Mittelachse 31 angeordnet, die zugleich eine Drehachse bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Abtriebsrad
- 4
- Anschlagscheibe
- 5
- Zentralschraube
- 6
- Befestigungsabschnitt
- 7
- Zapfen
- 8
- Antriebsrad
- 9
- Anschlagmechanismus
- 10
- Verstellwelle
- 11
- Erhebung, Stift
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Schraubenkopf
- 14
- Zentrierbohrung
- 15
- Außengewinde
- 16
- Axialbohrung
- 17
- Innengewinde
- 18
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017109305 A1 [0002]
