DE102019109536B4

DE102019109536B4 - Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp

Info

Publication number: DE102019109536B4
Application number: DE102019109536.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Brand; Daniel Viertler; Stephan Wanner
Original assignee: Eco Holding 1 GmbH
Current assignee: Eco Holding 1 GmbH
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: DE102019109536A1

Abstract

Nockenwellenversteller (1) vom Flügelzellentyp, umfassend- ein Gehäuse (4), welches mit einer Nockenwelle (11) kraftgekoppelt ist, um mittels eines Zahnrades eine Kraftwirkung von einem als Riemen ausgebildetes Antriebsmittel (7) auf die Nockenwelle (11) zu übertragen,- einen Stator (5), welcher fest mit dem Gehäuse (4) verbunden ist,- einen relativ zu dem Stator (5) drehbaren Rotor (6), welcher fest mit der Nockenwelle (11) verbunden ist, und- eine erste Lagerstelle (15), welche zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (6) angeordnet ist, und- eine zweite Lagerstelle (16), welche zwischen dem Gehäuse (4) und der Nockenwelle (11) angeordnet ist, wobei die erste Lagerstelle (15) und die zweite Lagerstelle (16) voneinander beabstandet sind, wobei der Stator (5) und der Rotor (6) in dem als Zahnrad ausgebildeten Gehäuse (4) angeordnet und die Lagerstellen (15, 16) derart angeordnet sind, dass die Kraftwirkung des Antriebsmittels (7) geometrisch betrachtet zwischen der ersten Lagerstelle (15) und der zweiten Lagerstelle (16) auf die Nockenwelle (11) übertragbar ist, und wobei die zweite Lagerstelle (16) mit einem Lagerring (19) gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (19) einstückig mit dem Gehäuse (4) ausgebildet und endseitig an einem nach außen abstehenden Hals (10) des Gehäuses (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Nockenwellenversteller werden vorrangig in Ventiltrieben von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und der Nockenwelle optimal und variabel einstellen zu können. Im Stand der Technik sind solche Nockenwellenversteller hinreichend bekannt.
So ist aus DE 10 2008 029 692 A1 eine gebaute Nockenwelle mit einem Flügelzellenversteller bekannt, welcher einen Rotor umfasst, der in einem Axialbereich der Nockenwelle koaxial zu dieser angeordnet und mittels einer Verschraubung axial verspannt ist, so dass der Rotor drehfest gegenüber der Nockenwelle festgelegt ist, wobei eine Axialanschlagbuchse vorgesehen ist, die zumindest axialfest mit der Nockenwelle verbunden ist, so dass der Rotor gegen diese verspannt ist.
Aus DE 10 2013 212 935 A1 ist ein Bausatz mit einem Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps bekannt, in dem ein Druckfluid verteilendes Zentralventil vorhanden ist, und mit einem das Zentralventil steuernden Verstellaktuator, wobei der Nockenwellenversteller mittels eines trocken laufenden Zugmitteltriebes, etwa mit einem Riemen, angetrieben oder antreibbar ist und einen drehbar in einem Stator gelagerten Rotor aufweist. Zwischen dem Nockenwellenversteller und einem Gehäuse des Verstellaktuators ist ein über das Zentralventil mit Druckfluid befüllbarer Druckfluidverteilraum vorhanden, der über eine Dichtung zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Verstellaktuator zur Umgebung hin abgedichtet ist. Dabei ist die Dichtung einerseits mit einem statorfesten Deckelbauteil in Anlage befindlich und andererseits mit einem gehäusefesten Bauteil in Anlage befindlich.
Den Offenlegungen DE 10 2005 023 056 A1 , DE 10 2005 052 481 A1 und DE 10 2015 202 372 A1 ist jeweils ein Nockenwellenversteller mit einem Kettenrad zu entnehmen. Eine Reiblagerfläche zwischen dem Kettenrad und der Nockenwelle ermöglicht eine direkte Krafteinleitung vom Kettenrad als Antriebsmittel in die Nockenwelle.
Die DE 10 2010 011 836 A1 beschreibt einen Nockenwellenversteller mit einem als Riemenrad ausgebildeten Antriebselement. Die Riemenkräfte werden über Lagersitzfläche des Riemenrades und einer korrespondierenden Gegenlagerfläche der Nockenwelle direkt in die Nockenwelle abgeleitet.
Der DE10 2015 202 372 A1 ist ein gattungsgemäßer Nockenwellenversteller mit einem Riemenrad als Antriebselement zu entnehmen.
Derartige Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp weisen bekanntlich eine Lagerstelle zwischen Stator und Rotor auf, um eine Kraftwirkung von einem Antriebsmittel auf die Nockenwelle zu übertragen. Dabei kann es vorkommen, dass eine Kraftübertragung nicht genau senkrecht von dem Antriebsmittel auf die Nockenwelle oder den Rotor erfolgt, sodass ein Kippmoment entsteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen eingangs genannten Nockenwellenversteller baulich und funktional zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch einen Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp gelöst. Der Nockenwellenversteller umfasst ein Gehäuse, welches mit einer Nockenwelle kraftgekoppelt ist, um eine Kraftwirkung von einem Antriebsmittel auf die Nockenwelle zu übertragen, einen Stator, welcher fest mit dem Gehäuse verbunden ist, einen relativ zu dem Stator drehbaren Rotor, welcher fest mit der Nockenwelle verbunden ist, und eine erste Lagerstelle, welche zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist. Zudem umfasst der Nockenwellenversteller eine zweite Lagerstelle, welche zwischen dem Gehäuse und der Nockenwelle angeordnet ist. Die erste Lagerstelle und die zweite Lagerstelle sind voneinander beabstandet, wobei der Stator und der Rotor in dem als Zahnrad ausgebildeten Gehäuse angeordnet und die Lagerstellen derart angeordnet sind, dass die Kraftwirkung des Antriebsmittels geometrisch betrachtet zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle auf die Nockenwelle übertragbar ist. Die zweite Lagerstelle ist weiter mit einem Lagerring gestaltet ist. Erfindungsgemäß ist der Lagerring einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet und ist endseitig an einem nach außen abstehenden Hals des Gehäuses angeordnet ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der verbesserte Nockenwellenversteller mit der zweiten Lagerstelle bringt den Vorteil mit sich, dass über diese zweite Lagerstelle zumindest ein Teil der Kraftwirkung des Antriebsmittels auf die Nockenwelle übertragbar ist. Dies führt einerseits zu einer Entlastung und somit einer Materialschonung an der ersten Lagerstelle, und verhindert andererseits ein möglicherweise auftretendes Kippmoment innerhalb des Nockenwellenverstellers, wenn die Kraftwirkung von dem Antriebsmittel auf den Rotor und somit auf die Nockenwelle über die erste Lagerstelle nicht genau senkrecht erfolgt.
Da die Lagerstellen derart angeordnet sind, dass die Kraftwirkung des Antriebsmittels geometrisch betrachtet zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle auf die Nockenwelle übertragbar ist, wird auf diese Weise eine besonders stabile und materialschonende Kraftkopplung zwischen dem Antriebsmittel und der Nockenwelle realisiert.
Das Antriebsmittel ist als ein Riemen ausgebildet. Grundsätzlich wird das Antriebsmittel dazu verwendet, um die Nockenwelle - über den Nockenwellenversteller - mit einer Kurbelwelle zu verbinden. Der als Antriebsmittel verwendete Riemen ist zudem vorzugsweise als ein Zahnriemen, besonders bevorzugt als ein Zahnriemen aus Kunststoff, ausgebildet. Riemen in sogenannten Riemenantrieben müssen nicht wie Ketten in sogenannten Kettenantrieben geschmiert werden und sind somit wartungsärmer. Zudem sind Riemenantriebe geräuschärmer als Kettenantriebe.
Die zweite Lagerstelle mit einem Lagerring gestaltet. Der Lagerring ist also ein Verbindungselement zwischen Gehäuse und Nockenwelle, über welches eine Kraftübertragung auf die Nockenwelle erfolgt. Mittels des Lagerrings ist die zweite Lagerstelle definiert.
Erfindungsgemäß ist der Lagerring einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet und endseitig an einem nach außen abstehenden Hals des Gehäuses angeordnet.. Einstückig bedeutet, dass zwei Elemente, hier das Gehäuse und der Lagerring, in einem Stück bzw. als ein Teil geformt sind. Dies hat den Vorteil einer einfachen Montage und preiswerten Herstellung.
Ferner ist an dem Rotor bevorzugt ein Nockenwelleneinpass zur Aufnahme eines Endabschnitts der Nockenwelle angeordnet. Der Nockenwelleneinpass ist eine formschlüssige Vertiefung in dem Rotor, in welche der Endabschnitt der Nockenwelle eingeführt und somit eine feste Verbindung zwischen Nockenwelle und Rotor erzeugt wird. Bei dem Nockenwelleneinpass wird die an der ersten Lagerstelle auf den Rotor übertragene Kraftwirkung direkt an die Nockenwelle weitergeleitet bzw. auf ein Nockenwellenende abgeleitet.
Zudem ist der Lagerring bevorzugt radial innerhalb des Halses des Gehäuses angeordnet. Dabei erstreckt sich der Hals des Gehäuses entlang der Nockenwelle. Der Lagerring befindet sich vorzugsweise in einem dem Gehäuse abgewandten Endabschnitt des Halses. Dadurch wird ein größerer Abstand zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle erzeugt. Dies hat eine stabilisierende Wirkung bei der Kraftübertragung von dem Antriebsmittel auf die Nockenwelle über die beiden Lagerstellen zur Folge. Beispielsweise weist der Hals eine axiale Höhe auf, welche zumindest der Hälfte der axialen Gehäusehöhe entspricht.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Nockenwellenverstellers enthält das Gehäuse ein metallisches Material, vorzugsweise ein Sintermetall. Dabei ist das Gehäuse besonders bevorzugt aus Sinterstahl hergestellt. Das metallische Material verleiht dem Gehäuse die für die Kraftübertragung notwendige Stabilität. Sinterbauteile bzw. mittels Sintern hergestellte Komponenten besitzen höchste Maßgenauigkeit, auch bei komplexen Geometrien. Zudem haben Sinterbauteile weniger Gewicht. Dadurch ist eine sichere und effiziente Kraftübertragung von dem Antriebsmittel auf die Nockenwelle über das Gehäuse möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse eine zur Nockenwelle senkrecht angeordnete Gehäusewand auf, durch welche die Nockenwelle hindurchgeführt angeordnet ist, wobei die erste Lagerstelle auf einer von der zweiten Lagerstelle verschiedenen Seite der Gehäusewand angeordnet ist. Mittels dieser Anordnung wird das Gehäusematerial, besonders in der besagten Gehäusewand weniger stark beansprucht bzw. belastet, was einer Materialermüdung vorbeugt und eine Lebensdauer des Nockenwellenverstellers erhöht.
Ferner ist die erste Lagerstelle vorzugsweise als eine gleitende Lagerstelle zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildet. Damit ist konkret gemeint, dass sich die erste Lagerstelle bei einer Verstellung bzw. Phasenverschiebung zwischen Stator und Rotor mitbewegt. Auch bei solch einer Verstellung kann sich die Richtung der Kraftwirkung vom Antriebsmittel auf die Nockenwelle verschieben. Hier sorgt die zweite Lagerstelle ebenfalls für den notwendigen Ausgleich, um ein Kippmoment zu verhindern.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers;
2 eine perspektivische Längsschnitt-Ansicht des Nockenwellenverstellers aus 1;
3 eine perspektivische Ansicht des Details III aus den 1 und 2; und
4 eine perspektivische Ansicht des Details IV aus den 1 und 2.

Die 1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1 mit einer für diese Beschreibung definierten Vorderseite 2 und Rückseite 3. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem ein Stator 5 und ein Rotor 6 angeordnet sind. An dem hier als Zahnrad ausgebildeten Gehäuse 4 ist zudem ein Antriebsmittel 7, hier konkret ein Zahnriemen, angelegt. In einer weiteren - hier nicht gezeigten Ausführungsform - ist das Antriebsmittel 7 als eine Kette ausgebildet. Während das Gehäuse 4 auf seiner Vorderseite 2 offen ausgebildet ist, weist es auf seiner Rückseite 3 eine Gehäusewand 8 auf. Die Gehäusewand 8 weist zudem eine zentrale Öffnung 9 mit einem nach außen abstehenden Hals 10 auf. Durch die Öffnung 9 hindurchgeführt ist eine Nockenwelle 11 angeordnet. Dabei ist ein Endabschnitt 12 der Nockenwelle 11 in einen in dem Rotor 6 befindlichen Nockenwelleneinpass 13 eingeführt angeordnet. Mittels einer von der Vorderseite 2 durch den Rotor 6 hindurchgeschoben angeordneten Zentralschraube 14 ist die Nockenwelle 11 fest mit dem Rotor 6 verbunden. Eine in der Zentralschraube 14 angeordnete Ventilvorrichtung soll im Rahmen dieser Figurenbeschreibung nicht betrachtet werden.
An denjenigen Stellen, an welchen der Stator 5 und der Rotor 6 gleitend aufeinander aufliegen, befindet sich eine erste Lagerstelle 15. An einer weiteren Stelle, an welcher der Hals 10 des Gehäuses 4 an der Nockenwelle 11 anliegt, befindet sich eine zweite Lagerstelle 16. In Bezug auf die Gehäusewand 8 sind die Lagerstellen 15, 16 auf verschiedenen Seiten angeordnet. Konkret ist die erste Lagerstelle 15 auf der Vorderseite 2 und die zweite Lagerstelle 16 auf der Rückseite 3 der Gehäusewand 8 angeordnet.
An den Lagerstellen 15, 16 ist der Nockenwellenversteller 1 mit der Nockenwelle 11 kraftgekoppelt, um eine Kraftwirkung von dem Antriebsmittel 7 auf die Nockenwelle 11 zu übertragen. Dabei wird ein erster Teil der Kraftwirkung über die erste Lagerstelle 15 und ein zweiter Teil der Kraftwirkung über die zweite Lagerstelle 16 auf die Nockenwelle 11 übertragen. Geometrisch betrachtet erfolgt eine Übertragung der Kraftwirkung hier zwischen der ersten Lagerstelle 15 und der zweiten Lagerstelle 16. Bei der ersten Lagerstelle 15 handelt es sich zudem um eine gleitende Lagerstelle zwischen dem Stator und dem Rotor, welche sich bei einer Verstellung des Rotors zum Stator mitbewegt. Die Beschaffenheit des Halses 10 und der zweiten Lagerstelle 16 wird in den 3 und 4 noch genauer dargestellt. Mittels der beschriebenen Anordnung der beiden Lagerstellen 15, 16 wird ein Kippmoment innerhalb des Nockenwellenverstellers 1 vermieden bzw. ausgeglichen.
In der 2 ist der Nockenwellenversteller 1 aus 1 perspektivisch von der Rückseite 3 dargestellt. Somit sind auch hier wieder das als Zahnrad ausgebildete Gehäuse 4, allerdings diesmal ohne den angelegten Zahnriemen, der Stator 5, der Rotor 6, die Gehäusewand 8 mit der Öffnung 9 und dem Hals 10, die Nockenwelle 11 mit ihrem Endabschnitt 12, der Nockenwelleneinpass 13, die Zentralschraube 14, sowie die erste Lagerstelle 15 und die zweite Lagerstelle 16 gezeigt. Zusätzlich sind hier in 2 die Zähne 17 des als Zahnrad ausgebildeten Gehäuses 4, sowie durch die Gehäusewand 8 führende Verschraubungen 18 zwischen dem Gehäuse 4 und dem Stator 5 dargestellt.
Auf die erfindungsgemäß relevante Funktionalität des Nockenwellenverstellers 1 wurde in der Beschreibung zu 1 bereits hinreichend eingegangen. Weitere Details werden in den Beschreibungen zu den 3 und 4 ausgeführt.
Die 3 zeigt eine Teilansicht des Gehäuses 4, konkret den Teil mit der Öffnung 9 und dem Hals 10 in der Gehäusewand 8. Wie erst hier in 3 deutlich erkennbar ist, weist der Hals 10 an seiner radialen Innenseite einen Lagerring 19 auf. Der Lagerring 19 ist hier einstückig mit dem Hals 10 des Gehäuses 4 ausgebildet.
In der 4 ist nur das Detail der zweiten Lagerstelle 16 dargestellt, welche sich - wie bereits oben beschrieben - zwischen der Nockenwelle 11 und dem Hals 10 bzw. dem mit dem Hals 10 einstückig ausgebildeten Lagerring 19 befindet.
Mittels des Lagerrings 19 ist die zweite Lagerstelle 16 definiert. Der Lagerring 19 ist eine Art Verbindungselement zwischen dem Gehäuse 4 und der Nockenwelle 11, über welches die Kraftübertragung erfolgt.
Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.

Claims

Nockenwellenversteller (1) vom Flügelzellentyp, umfassend - ein Gehäuse (4), welches mit einer Nockenwelle (11) kraftgekoppelt ist, um mittels eines Zahnrades eine Kraftwirkung von einem als Riemen ausgebildetes Antriebsmittel (7) auf die Nockenwelle (11) zu übertragen, - einen Stator (5), welcher fest mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, - einen relativ zu dem Stator (5) drehbaren Rotor (6), welcher fest mit der Nockenwelle (11) verbunden ist, und - eine erste Lagerstelle (15), welche zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (6) angeordnet ist, und - eine zweite Lagerstelle (16), welche zwischen dem Gehäuse (4) und der Nockenwelle (11) angeordnet ist, wobei die erste Lagerstelle (15) und die zweite Lagerstelle (16) voneinander beabstandet sind, wobei der Stator (5) und der Rotor (6) in dem als Zahnrad ausgebildeten Gehäuse (4) angeordnet und die Lagerstellen (15, 16) derart angeordnet sind, dass die Kraftwirkung des Antriebsmittels (7) geometrisch betrachtet zwischen der ersten Lagerstelle (15) und der zweiten Lagerstelle (16) auf die Nockenwelle (11) übertragbar ist, und wobei die zweite Lagerstelle (16) mit einem Lagerring (19) gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (19) einstückig mit dem Gehäuse (4) ausgebildet und endseitig an einem nach außen abstehenden Hals (10) des Gehäuses (4) angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rotor (6) ein Nockenwelleneinpass (13) zur Aufnahme eines Endabschnitts (12) der Nockenwelle (11) angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (19) radial innerhalb des Halses (10) des Gehäuses (4) angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) ein metallisches Material, vorzugsweise Sintermetall, enthält.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine zur Nockenwelle (11) senkrecht angeordnete Gehäusewand (8) aufweist, durch welche die Nockenwelle (11) hindurchgeführt angeordnet ist, wobei die erste Lagerstelle (15) auf einer von der zweiten Lagerstelle (16) verschiedenen Seite der Gehäusewand (8) angeordnet ist.
Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerstelle (15) als eine gleitende Lagerstelle zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (6) ausgebildet ist.