DE102019131778A1

DE102019131778A1 - Elektrischer Nockenwellenversteller mit verbesserter Schmierölversorgung

Info

Publication number: DE102019131778A1
Application number: DE102019131778.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Rainer Ottersbach
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Nockenwellenversteller (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem endloszugmittelantreibbaren Antriebsrad (2) und einem koaxial zu dem Antriebsrad (2) angeordneten, relativ zu dem Antriebsrad (2) elektromotorisch verdrehbaren Abtriebshohlrad (3), wobei das Abtriebshohlrad (3) einen dieses axial verlängernden Fortsatz (4) besitzt, welcher eine Lagerstelle (5) zur Radialabstützung an einem Gehäuse (6) besitzt und zur Befestigung an einer Nockenwelle (7) vorbereitet ist, wobei der Fortsatz (4) neben wenigstens einem Öleinlasskanal (8) wenigstens einen Ölablasskanal (9) besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Nockenwellenversteller für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang. Der Nockenwellenversteller dient zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle. Der Nockenwellenversteller weist ein endloszugmittelantreibbares Antriebsrad und ein koaxial zu dem Antriebsrad angeordnetes, relativ zu dem Antriebsrad elektromotorisch verdrehbares Abtriebshohlrad auf. Das Abtriebshohlrad besitzt einen axial verlängernden Fortsatz, welcher eine Lagerstelle zur Radialabstützung an einem Gehäuse besitzt und zur Befestigung an einer Nockenwelle vorbereitet ist.
Elektrische Nockenwellenversteller weisen üblicherweise ein mit der Kurbelwelle drehkoppelbaren Antriebsrad, ein mit der Nockenwelle drehkoppelbaren, zu dem Antriebsrad verdrehbares Abtriebshohlrad sowie ein elektrisches Stellaggregat zur Steuerung der Verdrehung des Abtriebshohlrads relativ zu dem Antriebsrad auf. Das Stellaggregat kann beispielsweise einen Elektromotor, ein mit dem Abtriebshohlrad gekoppeltes Verstellgetriebe sowie eine den Elektromotor mit dem Verstellgetriebe koppelnde Kupplung besitzen.
Ein solcher elektrischer Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der DE 10 2004 062 037 A1 bekannt. Darin wird ein Nockenwellenversteller zum Verstellen der relativen Drehwinkellage einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine offenbart, mit einem elektrischen Stellaggregat und einem Verstellgetriebe, welches mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad in Antriebsverbindung steht, wobei das Verstellgetriebe an den Motorschmierkreislauf angebunden ist und ein über Dichtelemente gegenüber der Umgebung abgedichtetes Gehäuse aufweist.
Ein Problem bei der Verwendung von (elektrischen) Nockenwellenverstellern in einem öldichten (hydraulischen) Nockenwellenverstellsystem, wie bei einem Trockenriemenverstellsystem, besteht darin, dass ein Staudruck in dem nach außen hin abgedichteten Nassraum/Nassbereich des Nockenwellenverstellers durch die Zuleitung von Schmieröl aus einem mit einer Pumpe verbundenen P-Kanal entsteht. Dies kann jedoch nachteiligerweise zu Leckage oder zu Verschleiß der eingesetzten Dichtungen, insbesondere von Radialwellendichtringen, führen, da diese einem vorliegenden Staudruck von 4 bis 5 bar nicht standhalten können, sondern geringe Drücke von unter 1 bar oder Unterdrücken erfordern.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein elektrischer Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, bei dem im öldichten System ein Aufbau des Staudrucks, insbesondere im Bereich der Radialwellendichtringe, vermieden wird.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Fortsatz des Abtriebshohlrads neben wenigstens einem, beispielsweise zumindest teilweise in Radialrichtung ausgerichteten, Öleinlasskanal zur Zufuhr von Schmieröl wenigstens einen, beispielsweise zumindest teilweise in Radialrichtung ausgerichteten, Ölablasskanal zum Ablauf des Schmieröls besitzt. Mit anderen Worten ist in dem Fortsatz des Abtriebshohlrads wenigstens ein Ölablasskanal ausgebildet, durch den Öl aus einem Inneren des Abtriebshohlrads nach außen ablassbar ist. Das heißt, dass durch den Ölablasskanal das (Schmier-)ÖI insbesondere außerhalb des Abtriebshohlrads, vorzugsweise außerhalb eines gesamten öldichten Systems des Nockenwellenverstellers, besonders bevorzugt innerhalb des Motorgehäuses, in dem der Nockenwellenversteller gelagert ist, führbar ist. Vorzugsweise sind/ist der wenigstens eine Öleinlasskanal und/oder der wenigstens eine Ölablasskanal exakt in Radialrichtung ausgerichtet, da so eine besonders einfache Einbringung möglich ist.
Das Schmieröl wird, insbesondere von einem sogenannten P-Kanal, durch den wenigstens einen Öleinlasskanal in einen radial innenliegenden Hohlraum des Abtriebshohlrads geführt. Von dem Hohlraum wird das Schmieröl beispielsweise zu einem Verstellgetriebe und/oder einer Kupplung des Nockenwellenverstellers, einem radialen Lagerbereich zwischen dem Abtriebshohlrad und dem Antriebsrad und/oder einem radialen Lagerbereich zwischen dem Abtriebshohlrad und einem Dichtdeckel des Nockenwellenverstellers und/oder zu einem Elektromotor, geführt. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen des wenigstens einen Ölablasskanals wird der Staudruck des Schmieröls, das in den nach außen abgedichteten elektrischen Nockenwellenversteller eingeleitet wird, abgebaut.
Dies hat den Vorteil, dass ein Aufbau des Ölstaudrucks verhindert bzw. dass der Ölstaudruck durch das Vorsehen des wenigstens einen Ölablasskanals verringert oder abgebaut werden kann, indem das Schmieröl durch den Ölablasskanal nach au-ßen, d.h. aus dem abgedichteten Bereich des Nockenwellenverstellers heraus, geführt werden kann. Dadurch wird vermieden, dass zur Abdichtung eines Nassraums des Nockenwellenverstellers eingesetzte Dichtungen beschädigt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der wenigstens eine Ölablasskanal näher an dem nockenwellenseitigen Ende des Fortsatzes angeordnet sein als der wenigstens eine Öleinlasskanal. Somit kann das abgelassene Öl einfacher in Richtung zu der Nockenwelle bzw. einem Raum außerhalb des Gehäuses weggeführt werden. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Ölablasskanal demnach auf einer nockenwellenseitigen Axialseite der Lagerstelle angeordnet.
Alternativ ist es auch möglich, dass der wenigstens eine Öleinlasskanal näher an dem nockenwellenseitigen Ende des Fortsatzes angeordnet sein als der wenigstens eine Ölablasskanal. Das heißt, dass der wenigstens eine Ölablasskanal näher zu der Lagerstelle des Fortsatzes angeordnet ist als der wenigstens eine Öleinlasskanal. Vorzugsweise kann der Ölablasskanal axial (direkt) neben der Lagerstelle für die Nockenwelle angeordnet sein. Dann kann das abgelassene Öl über ein an der Lagerstelle angeordnetes Lager und von da durch das Motorgehäuse weggeführt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass Verunreinigungen des Nockenwellenverstellers dann mit dem abgelassenen Öl in das an der Lagerstelle angeordnete Lager, wie ein Wälzlager, hinein mitgeführt werden.
Der Fortsatz des Abtriebshohlrads besitzt einen Endabschnitt, der so ausgebildet ist, dass er im montierten Zustand des Nockenwellenverstellers außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der wenigstens eine Ölablasskanal, insbesondere zumindest eine Öffnung zu einer radialen Außenseite des Fortsatzes, in dem Endabschnitt angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass das abgelassene Öl direkt in einem Bereich innerhalb des Motorgehäuses geführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können/kann der wenigstens eine Öleinlasskanal und/oder der wenigstens eine Ölablasskanal eine radiale Außenseite des Fortsatzes mit einer radialen Innenseite des Fortsatzes fluidisch verbinden. Das heißt, dass das Öl von außen, beispielsweise über einen P-Kanal im Gehäuse, in einen Hohlraum des Abtriebshohlrads einleitbar ist/eingeleitet wird. Von dem Hohlraum aus kann das Öl zu den zu schmierenden Bauteilen und/oder Verbindungsstellen des Nockenwellenverstellers zugeführt werden. Durch den Ölablasskanal kann das Öl aus dem Hohlraum wieder nach außen abgeführt/abgelassen werden. Dies hat den Vorteil, dass das als nach außen abgedichtete System, das insbesondere durch den Hohlraum und die innerhalb des Nockenwellenverstellers angeordneten, zu schmierenden Bauteile gebildet wird, mit einem durch den Ölablasskanal gebildeten Ölablauf versehen wird, so dass der Staudruck erheblich reduziert wird. Mit anderen Worten verlaufen die Kanäle zur Zufuhr und zum Ablauf des Schmieröls in und aus dem Nockenwellenversteller direkt im Abtriebshohlrad. Dadurch können die Kanäle nahezu bauraumneutral integriert werden.
Zudem ist es von Vorteil, wenn der Fortsatz eine Vielzahl von Öleinlasskanälen und/oder eine Vielzahl von Ölablasskanälen besitzt. Dadurch kann das Öl in geeigneter Weise in den Hohlraum eingeleitet bzw. aus diesem ausgeleitet werden. Weiter bevorzugt ist es, wenn die Vielzahl von Öleinlasskanälen in einer gemeinsamen ersten Ebene verlaufen. Die erste Ebene kann insbesondere eine Radialebene, die senkrecht zu einer Achse des Nockenwellenverstellers ist, sein. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die Vielzahl von Ölablasskanälen in einer gemeinsamen zweiten Ebene verlaufen. Die zweite Ebene kann insbesondere eine Radialebene, die senkrecht zu einer Achse des Nockenwellenverstellers ist, sein. Dies hat den Vorteil, dass das Öl axial auf der gleichen Höhe, aber über den Umfang über die mehreren Öleinlasskanäle eingeleitet bzw. über die mehreren Ölablasskanäle ausgeleitet wird, so dass das Öl von dort aus besser und kontrollierter weitergeführt werden kann. Weiter ist es bevorzugt, wenn die erste Ebene parallel und axial beabstandet zu der zweiten Ebene ist.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Vielzahl von Öleinlasskanälen gleich ausgerichtet sind und/oder die Vielzahl von Ölablasskanälen gleich ausgerichtet sind. Das heißt, dass die Öleinlasskanäle bzw. die Ölablasskanäle auch zueinander achsparallel angeordnet sein können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der wenigstens eine Ölablasskanal relativ zu dem wenigstens einen Öleinlasskanal so ausgebildet sein, dass er eine Drosselwirkung erzielt. Dadurch kann der Ölstrom in das Abtriebshohlrad und aus dem Abtriebshohlrad heraus geeignet geleitet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der wenigstens eine Ölablasskanal einen kleineren Durchmesser, oder zumindest einen kleineren Querschnitt, als der wenigstens eine Öleinlasskanal besitzen. Dadurch kann auf einfache Weise eine Drosselwirkung erzielt werden. Alternativ kann die Anzahl der Öleinlasskanäle größer als die Anzahl der Ölablasskanäle sein. Mit anderen Worten ist es entscheidend, dass ein Gesamtstrom durch die Öleinlasskanäle in das Abtriebshohlrad hinein größer ist als ein Gesamtstrom durch die Ölablasskanäle aus dem Abtriebshohlrad heraus.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Antriebsrad mit einem trockenlaufenden Riemen in Wirkkontakt steht. Das heißt, dass der elektrische Nockenwellenversteller in der gezeigten Ausführung in einem Trockenriemensystem eingesetzt ist. Insbesondere bei dem Einsatz in einem Trockenriemensystem ist es entscheidend, dass die eingesetzten Dichtungen nicht beschädigt werden, da ansonsten der Riemen mit Öl benetzt werden kann und das Öl in die Außenumgebung gelangen kann. Alternativ kann das Antriebsrad mit einer nasslaufenden Kette in Wirkkontakt stehen. Das heißt, dass der elektrische Nockenwellenversteller vorzugsweise in einem Kettensystem eingesetzt ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn ein innerhalb des Nockenwellenverstellers ausgebildeter Nassraum, in den Öl über den Öleinlasskanal einleitbar und aus dem Öl über den Ölablasskanal ausleitbar ist, über einen ersten Radialwellendichtring, der auf einen mit dem Antriebsrad drehfest verbundenen ersten Dichtdeckel aufgesetzt ist, und/oder über einen zweiten Radialwellendichtring, der auf einen mit dem Antriebsrad drehfest verbundenen zweiten Dichtdeckel aufgesetzt ist, zu dem Gehäuse hin abdichtbar ist. Vorzugsweise ist der erste Dichtdeckel auf einer nockenwellenabgewandten Axialseite des Antriebsrads angeordnet. Vorzugsweise ist der zweite Dichtdeckel auf einer nockenwellenzugewandten Axialseite des Antriebsrads angeordnet. Mit anderen Worten besteht eine Fluidverbindung zwischen dem wenigstens einen Öleinlasskanal und einem auf einem antriebsradverbundenen ersten Dichtdeckel aufgesetzten Radialwellendichtring. Mit anderen Worten gibt es auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebsrades einen zweiten Dichtdeckel, zwischen dem und dem Gehäuse ein weiterer Radialwellendichtring dichtend eingesetzt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Fortsatz auf seiner Außenoberfläche einen Sitz für eine Lagerung der Nockenwelle besitzen. Das heißt, dass die Nockenwelle, insbesondere ein Rohrabschnitt der Nockenwelle direkt, d.h. ohne ein zusätzliches Nockenwellenendstück und/oder eine Zentralschraube, an dem Sitz für des Fortsatzes angebracht werden kann. Mit anderen Worten ist das Abtriebshohlrad erfindungsgemäß so ausgebildet, dass die Nockenwelle (anstelle einer axialen Schraubbefestigung) über eine direkte kraft-, form , reib- oder stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen, an dem Antriebshohlrad anbringbar ist. Es kann also eine sichere Verbindung zwischen dem Antriebshohlrad und der Nockenwelle, die zudem besonders kostengünstig herstellbar ist, bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist das Hohlrad so ausgebildet, dass die Nockenwelle befestigungsvorrichtungsfrei, d.h. ohne eine separate Befestigungsvorrichtung wie eine Schraube etc., anbringbar ist. Dies hat den Vorteil, dass sowohl die Verbindungselemente wie eine Zentralschraube, eine Laserstruktur in der Trennfuge des Schraubenverbandes , ein Nockenwellenendstück als auch ein Schraubprozess beim Kunden in der Endmontage entfallen können. Dadurch, dass die Nockenwelle direkt auf der Außenoberfläche des Fortsatzes, nämlich über den Sitz, an dem Nockenwellenversteller, insbesondere dem Abtriebshohlrad, befestigbar ist, entfallen zusätzliche Befestigungselemente. Dies hat wiederum den Vorteil, dass keine Spannungen und/oder Deformationen durch die (entfallenen) Befestigungselemente in das Abtriebshohlrad eingebracht werden und zusätzlicher Bauraum im Getriebe gewonnen werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Außenoberfläche des Fortsatzes zum Anliegen an einer radialen Innenfläche der Nockenwelle ausgelegt sein. Das heißt, dass der Fortsatz in die Nockenwelle eingesetzt bzw. die Nockenwelle auf den Fortsatz aufgesetzt wird. Insbesondere bei einer Ausbildung der Nockenwelle mit einem Nockenwellenrohr/Rohrabschnitt kann somit die Steifigkeit des Rohrabschnitts dadurch zusätzlich verbessert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Fortsatz im Bereich des Sitzes eine Rändelung besitzen. Dies hat den Vorteil, dass zum einen die Oberfläche des Fortsatzes im Bereich des Sitzes erhöht wird und zum anderen eine gerändelte Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Fortsatz hergestellt werden kann. Ein solche Rändelverbindung weist eine erheblich höhere Festigkeit, insbesondere gegen Verdrehung, auf gegenüber einer glatten Verbindung. Vorzugsweise kann sich die Rändelung vollständig über den Umfang des Fortsatzes erstrecken. Dadurch wird eine über den Umfang gleichmäßige und besonders hohe Festigkeit erreicht.
Zudem ist es bevorzugt, wenn eine Nockenwelle an dem Sitz befestigt ist, wobei die Rändelung in dem Bereich des Sitzes in die Nockenwelle mit einer Pressüberdeckung eingepresst ist. Das heißt, dass das Abtriebshohlrad vorzugsweise über einen gerändelten Pressverband mit der Nockenwelle verbunden ist. Dadurch wird eine plasto-elastische Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Abtriebshohlrad ermöglicht, die unlösbar, d.h. nicht beschädigungsfrei lösbar, ist.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Nockenwellenversteller ein über den Umfang der Nockenwelle umgreifendes und geschlossenes, d.h. in Umfangrichtung nicht unterbrochenes/umlaufendes, Maschinenelement besitzt, das in einem Bereich radial außerhalb des Sitzes einen Pressverband mit der Nockenwelle ausbildet. Das Maschinenelement kann beispielsweise durch ein Geberrad/eine Triggerscheibe oder einen Nocken der Nockenwelle gebildet sein. Dadurch, dass das Maschinenelement direkt radial außerhalb des Sitzes, d.h. auf axial gleicher Höhe, angeordnet ist, kann einer durch den Pressverband zwischen der Nockenwelle und dem Abtriebshohlrad entgegenwirkende Kraft aufgebracht werden. Somit werden die Deformationen und/oder Spannungen im Nockenwellenrohr verringert. Außerdem kann dadurch die Pressverbindung zwischen der Nockenwelle und dem Abtriebshohlrad zusätzlich erhöht werden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Pressverband zwischen der Nockenwelle und dem Maschinenelement so auf die Pressüberdeckung zwischen dem Abtriebshohlrad und der Nockenwelle abgestimmt ist, dass sich die durch den Pressverband und die Pressüberdeckung entstehenden Spannungen (überwiegend) ausgleichen. Dadurch können Spannungen in der Nockenwelle vermieden werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Fortsatz eine höhere Materialfestigkeit als die Nockenwelle besitzt. Dadurch kann der Fortsatz einfacher in das weichere Material der Nockenwelle eingepresst werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Fortsatz eine Kontur besitzt, um beim Aufsetzen der Nockenwelle auf den vom Fortsatz gestellten Sitz für die Nockenwelle einen unlösbaren, vorzugsweise plasto-elastischen, Verbund der Nockenwelle mit dem Abtriebshohlrad zu erzwingen. Die Rändelung bildet beispielsweise eine solche Kontur.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers gelöst, wobei eine Vormontage eines Radialwellendichtrings, eines Wälzlagers und eines Geberrads am axialen Fortsatz des Abtriebshohlrads vor dem Herstellen eines gerändelten Pressverbands zwischen den Fortsatz und einem Rohrabschnitt der Nockenwelle stattfindet.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen elektrischen Nockenwellenversteller mit einer verbesserten Schmierölversorgung sowie mit einer verbesserten Nockenwellenanbindung.
Zum einen kann durch den erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller das Problem gelöst werden, dass ein Staudruck in dem nach außen abgedichteten Nassraum/Nassbereich des Nockenwellenverstellers durch die Zuleitung des Schmieröls aus dem P-Kanal am Nockenwellenradiallager zur Leckage oder auch zum Verschleiß von Dichtlippen von Radialwellendichtringe führt. Erfindungsgemäß sind Ablassöffnung am Ende des axialen Fortsatzes des Abtriebshohlrads vorgesehen. Somit kann ein Aufbau des Staudrucks durch Zuführung des Schmieröls ins öldichte mechanische Getriebe verhindert werden, da das überschüssige Schmieröl über mehrere Ablassbohrungen am Ende des axiales Fortsatzes des Abtriebshohlrads axial rechts außerhalb des Nockenwellenradiallagers zurück in den Motorinnenraum umgeleitet wird. Dies hat auch den Vorteil, dass die Ölschmierzufuhr- und Ölschmierablaufkanäle direkt im Abtriebshohlrad verlaufen.
Zum anderen kann durch den erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller das Problem gelöst werden, dass die Montage des Nockenwellenverstellers zeitaufwändig ist,. Erfindungsgemäß ist zwischen dem elektrischen Nockenwellenversteller und der Nockenwelle bzw. dem Nockenwellenkörper ein unlösbarer gerändelter Pressverband ausgebildet. Der Pressverband bildet eine plasto-elastische Verbindung und ist daher nicht beschädigungsfrei lösbar. Alternativ oder zusätzlich kann eine Klebe- und/oder eine Schweißverbindung zwischen dem elektrischen Nockenwellenversteller und der Nockenwelle vorgesehen sein. Die Vormontage des Radialwellendichtrings, des Wälzlagers und des Geberrads am axialen Fortsatz des Abtriebshohlrads findet vor dem Herstellen des gerändelten Pressverbands statt. Dadurch kann eine weitere Montage der Systemelemente bei der Motormontage entfallen. Der Fortsatz des Abtriebshohlrads hat an seinem (in den Figuren rechten) Ende einen gerändelten Abschnitt, mit dem das Abtriebshohlrad in das Rohr der gebauten Nockenwelle axial mit einer Pressüberdeckung eingepresst wird. Die Rändelung kann zusätzlich gehärtet werden, damit die Rändelverzahnung in das weichere Nockenwellenrohr plasto-elastisch eingreift und einen spielfreien Formschluss mit dem Nockenwellenrohr herstellt. Dies hat den Vorteil, dass Verbindungselemente wie eine Zentralschraube, eine Laserstruktur oder ein Nockenwellenendstück sowie ein Schraubprozess beim Kunden entfallen können. Die Pressverbindung kann durch eine auf das Nockenwellenrohr im axialen Bereich der Pressverbindung aufgesetzte Triggerscheibe/ein Geberrad verstärkt werden. Zudem können durch den Entfall des Schraubenverbands die Spannungen und Deformationen im Abtriebshohlrad reduziert werden. Ferner kann durch den Entfall des Zentralschraubenkopfes die Steifigkeit eines Innenring des Wälzlagers im Getriebe vergrößert werden, indem der Innendurchmesser des Innenrings im zusätzlichen Bauraum verkleinert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers in einem Nockenwellenverstellsystem,
2 eine Längsschnittdarstellung des Nockenwellenverstellers,
3 eine Längsschnittdarstellung eines Abtriebshohlrads des Nockenwellenverstellers,
4 eine perspektivische Darstellung des Abtriebshohlrads,
5 eine zur 4 gedrehte, perspektivische Darstellung des Abtriebshohlrads, und
6 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Nockenwellenverstellsystems.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen elektrischen Nockenwellenversteller 1 für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebsrad 2 auf. Das Antriebsrad 2 ist endloszugmittelantreibbar. Das Antriebsrad 2 ist mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein koaxial zu dem Antriebsrad 2 angeordnetes Abtriebshohlrad 3 auf. Das Abtriebshohlrad 3 ist relativ zu dem Antriebsrad 2 elektromotorisch verdrehbar. Das Abtriebshohlrad 3 weist einen dieses axial verlängernden Fortsatz 4 auf. An dem Fortsatz 4 ist eine Lagerstelle 5 zur Radialabstützung an einem Gehäuse 6 ausgebildet. Der Fortsatz 4 ist zur Befestigung an einer Nockenwelle 7 vorbereitet. Vorzugsweise besitzt der Fortsatz 4 eine höhere Materialfestigkeit als die Nockenwelle 7.
Erfindungsgemäß besitzt der Fortsatz 4 wenigstens einen zumindest teilweise in Radialrichtung ausgerichteten Öleinlasskanal 8 und wenigstens einen zumindest teilweise in Radialrichtung ausgerichteten Ölablasskanal 9. Der Öleinlasskanal 8 ist insbesondere exakt in Radialrichtung ausgerichtet. Der Ölablasskanal 9 ist insbesondere exakt in Radialrichtung ausgerichtet. Über den Öleinlasskanal 8 kann Öl, wie Schmieröl, zugeführt werden. Über den Ölablasskanal 9 kann das Öl abgeführt werden. Innerhalb des Nockenwellenverstellers 1 ist ein Nassraum 10 ausgebildet, in dem sich über den Öleinlasskanal 8 eingeleitetes Schmieröl befindet. Der Nassraum 10 ist nach außen hin abgedichtet. Durch den erfindungsgemäßen Ölablasskanal 9 wird das Öl aus dem Nassraum 10 ausgeleitet, so dass ein Staudruck reduziert wird.
Der Öleinlasskanal 8 verbindet eine radiale Außenseite des Abtriebshohlrads 3 mit einer radialen Innenseite des Abtriebshohlrads 3. Der Ölablasskanal 9 hat einen Eingang, der zu einem Bereich radial außerhalb des Abtriebshohlrads 3 geöffnet ist, und einen Ausgang, der zu einem Hohlraum 11 des Abtriebshohlrads 3 geöffnet ist. Der Öleinlasskanal 8 mündet also in den Hohlraum 11 des Abtriebshohlrads 3. Der Hohlraum 11 ist also Teil des Nassraums 10. Der Ölablasskanal 9 verbindet die radiale Innenseite des Abtriebshohlrads 3 mit der radialen Außenseite des Abtriebshohlrads 3. Der Ölablasskanal 9 hat also einen Eingang, der zu dem Hohlraum 11 geöffnet ist, und einen Ausgang, der zu dem Bereich radial außerhalb des Abtriebshohlrads 3 geöffnet ist.
Der wenigstens eine Ölablasskanal 9 näher zu einem nockenwellenseitigen Ende des Fortsatzes 4 angeordnet ist als der wenigstens eine Öleinlasskanal 7. Alternativ kann der wenigstens eine Öleinlasskanal 8 näher zu dem nockenwellenseitigen Ende des Fortsatzes 4 angeordnet sein als der wenigstens eine Ölablasskanal 9, auch wenn dies in den Figuren nicht dargestellt ist. Der Ölablasskanal 9 ist auf einer nockenwellenseitigen Axialseite der Lagerstelle 5 angeordnet. Der Ölablasskanal 9 kann auch im axialen Bereich der Lagerstelle 5 angeordnet sein, auch wenn dies in den Figuren nicht dargestellt ist. Der Öleinlasskanal 8 ist auf einer nockenwellenseitigen Axialseite der Lagerstelle 5 angeordnet.
Der Fortsatz 4 besitzt einen Endabschnitt 12, der so ausgebildet ist, dass er im montierten Zustand des Nockenwellenverstellers 1 außerhalb des Gehäuses 6 angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Ölablasskanal 9 in dem Endabschnitt 12 angeordnet ist. Das heißt also, dass der Nockenwellenversteller 1 in dem Gehäuse 6 gelagert ist, wobei der Nassraum 10 gegenüber einem Trockenraum 13 in dem Gehäuse 6 abgedichtet ist. Der Endabschnitt 12 des Abtriebshohlrads 3 ragt (im montierten Zustand) aus dem Gehäuse 6 heraus. Der Ölablasskanal 9 oder zumindest der Ausgang des Ölablasskanals 9 ist in dem Endabschnitt 12 angeordnet, so dass das Schmieröl durch den Ölablasskanal 9 aus dem Gehäuse 6 heraus leitbar ist. Das Schmieröl wird also nicht an einer Stelle, innerhalb des Gehäuses 6, d.h. nicht in den Trockenraum 13, aus dem Abtriebshohlrad 3 ausgeleitet. Alternativ ist es möglich, den Ölablasskanal 9 so anzuordnen, dass das Schmieröl über einen Kanal in dem Gehäuse 6 von dem Trockenraum 13 bzw. von dem Nockenwellenversteller 1 wegführbar ist.
In der dargestellten Ausführungsform weist das Abtriebshohlrad 3 eine Vielzahl von Öleinlasskanälen 8 auf. In der dargestellten Ausführungsform weist das Abtriebshohlrad 3 eine Vielzahl von Ölablasskanälen 9 auf. Die Öleinlasskanäle 8 sind in Radialrichtung ausgerichtet. Die Öleinlasskanäle 8 sind in einer gemeinsamen ersten Ebene angeordnet. Die erste Ebene ist also eine Radialebene, die senkrecht zu einer Drehachse des Nockenwellenverstellers 1 ist. Die Öleinlasskanäle 8 sind gleichverteilt über den Umfang des Fortsatzes angeordnet. Die Öleinlasskanäle 8 weisen jeweils den gleichen Querschnitt auf. Die Öleinlasskanäle 8 führen von einem Ringkanal 14, der in dem Gehäuse 6 ausgebildet ist, in den Hohlraum 11. Das Öl wird über einen nicht dargestellten P-Kanal, der in dem Gehäuse 6 angeordnet ist, in den Ringkanal 14 eingeleitet. Die Ölablasskanäle 9 sind in Radialrichtung ausgerichtet. Die Ölablasskanäle 9 sind in einer gemeinsamen zweiten Ebene angeordnet. Die zweite Ebene ist also eine Radialebene, die senkrecht zu einer Drehachse des Nockenwellenverstellers 1 ist. Die erste Ebene und die zweite Ebene sind zueinander parallel und axial versetzt. Die Ölablasskanäle 9 sind gleichverteilt über den Umfang des Fortsatzes angeordnet. Die Ölablasskanäle 9 weisen jeweils den gleichen Querschnitt auf.
Der wenigstens eine Ölablasskanal 9 ist so relativ zu dem wenigstens einen Öleinlasskanal 8 ausgebildet, dass er eine Drosselwirkung erzielt. In der dargestellten Ausführungsform weist der Ölablasskanal 9 (bzw. die Ölablasskanäle 9) einen kleineren Durchmesser als der Öleinlasskanal 8 (bzw. als die Öleinlasskanäle 8) auf.
Das Antriebsrad 2 steht mit einem trockenlaufenden Riemen 15 in Wirkkontakt. Das Drehmoment wird über den Riemen 15 in den Nockenwellenversteller 1 eingeleitet. Der Riemen 15 ist in dem Trockenraum 13 angeordnet. Alternativ kann das Antriebsrad 2 über eine beispielsweise nasslaufende Kette angetrieben werden, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
Der innerhalb des Nockenwellenverstellers 1 ausgebildete Nassraum 10 ist zu dem Trockenraum 10 abgedichtet. Dazu sind zwischen dem Nockenwellenversteller 1 und dem Gehäuse 6 Dichtungen vorgesehen. Der Nassraum 10 ist über einen ersten Radialwellendichtring 16 zu dem Gehäuse 6 hin, d.h. zu dem innerhalb des Gehäuse 6 ausgebildeten Trockenraums 13, abgedichtet. Der erste Radialwellendichtring 16 ist auf einen ersten Dichtdeckel 17 (radial außen) aufgesetzt. Der erste Dichtdeckel 17 ist mit dem Antriebsrad 2 drehfest verbunden. Der erste Dichtdeckel 17 ist auf einer nockenwellenabgewandten Axialseite des Antriebsrad 2 angeordnet. Der Nassraum 10 ist über einen zweiten Radialwellendichtring 18 zu dem Gehäuse 6 hin, d.h. zu dem innerhalb des Gehäuse 6 ausgebildeten Trockenraums 13, abgedichtet. Der zweite Radialwellendichtring 18 ist auf einen zweiten Dichtdeckel 19 (radial außen) aufgesetzt. Der zweite Dichtdeckel 19 ist mit dem Antriebsrad 2 drehfest verbunden. Der zweite Dichtdeckel 19 ist auf einer nockenwellenzugewandten Axialseite des Antriebsrad 2 angeordnet.
Erfindungsgemäß besitzt der Fortsatz 4 auf seiner Außenoberfläche einen Sitz 20 für eine direkte Kontaktierung der Nockenwelle 7. Das heißt, dass ein Rohrabschnitt 21 der Nockenwelle 7 direkt an dem Sitz 20 anliegt. Die Außenoberfläche des Fortsatzes 4 ist demnach zum Anliegen an einer radialen Innenfläche 22 der Nockenwelle 7 bzw. des Rohrabschnitts 21 ausgelegt. Mit anderen Worten ist der Fortsatz 4 des Abtriebshohlrads 3 direkt, d.h. nicht über ein Zwischenstück, wie einem Nockenwellenendstück, mit dem Rohrabschnitt 21 verbunden. An dem Umfang des Rohrabschnitts 21 sind Nocken der Nockenwelle 7 direkt angebracht.
3 bis 5 zeigen verschiedene Ansichten des Abtriebshohlrads 3. Der Sitz 20 in an dem Endabschnitt 12 des Fortsatzes 4 ausgebildet. Der Sitz 20 ist an einem Kragen 22 ausgebildet. Der Kragen 22 bildet ein axiales Ende des Fortsatzes 4. Der Fortsatz 4 weist im Bereich des Kragens 22 einen geringen Außendurchmesser auf als in einem dazu axial beabstandeten Bereich, wie beispielsweise in einem Bereich der Lagerstelle 5. In der dargestellten Ausführungsform des Fortsatzes 4 schließt sich axial an einen Lagerbereich 23, in dem die Lagerstelle 5 angeordnet ist, ein Zwischenbereich 24 an. An den Zwischenbereich 24 schließt sich axial der Kragen 22 an. Der Hohlraum 11 erstreckt sich axial nicht bis zum Kragen 22.
Der Fortsatz 4 besitzt im Bereich des Sitzes 20 eine Rändelung 25. Die Rändelung 25 ist auf einer Außenoberfläche des Sitzes 20 ausgebildet. Die Rändelung 25 erstreckt sich vollständig über den Umfang des Fortsatzes 4. Die Rändelung 25 weist einen ersten Rändelabschnitt 26 und einen zweiten Rändelabschnitt 27 auf. Der erste Rändelabschnitt 26 dient als eine Zentrierfläche zur Zentrierung des Abtriebshohlrads 3 zu der Nockenwelle 7. Der erste Rändelabschnitt 26 dient demnach zur Zentrierung während dem Einpressen/während dem Montagevorgang in den Rohrabschnitt 21. Der erste Rändelabschnitt 26 ist näher zu dem nockenwellenzugewandten, axialen Ende des Fortsatzes 4 als der zweite Rändelabschnitt 27 angeordnet. Der erste Rändelabschnitt 26 weist einen geringeren Außendurchmesser als der zweite Rändelabschnitt 27 auf. Der zweite Rändelabschnitt 27 erzeugt einen Pressverband mit der Nockenwelle 7. Somit dient der zweite Rändelabschnitt 27 als der gerändelte Pressverband.
Der Fortsatz 4 besitzt eine Kontur, um beim Aufsetzen der Nockenwelle 7 auf den vom Fortsatz gestellten Sitz 20 für die Nockenwelle 7 eine unlösbare, vorzugsweise plasto-elastische, Verbindung der Nockenwelle 7 mit dem Abtriebshohlrad 3 zu erzwingen. Der plasto-elastische Verbund wird also durch das Einpressen der Rändelung 25 in den Rohrabschnitt 21 der Nockenwelle 7 gebildet.
Der Kragen 22 geht über eine Stufe 28 in den Zwischenabschnitt 24 über. Der Außendurchmesser des Fortsatzes 4 vergrößert sich von dem Außendurchmesser des Kragens 22 über die axiale Stufe 28. Die Nockenwelle 7 liegt im montierten Stufe an einer axiale Stirnfläche der Stufe 28 an. Die Stufe 28 dient also als ein Axiallager für die Nockenwelle 7. Im Bereich der Stufe 28 ist zur besseren Fertigung der Rändelung 25 ein Freistich ausgebildet.
Der Nockenwellenversteller 1 besitzt ein über den Umfang der Nockenwelle 7 umgreifendes und geschlossenes Maschinenelement 29. Geschlossen heißt, dass das Maschinenelement 29 in Umfangsrichtung durchgehend/umlaufend ausgebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das Maschinenelement 29 durch ein Geberrad 30/ein Triggerrad/eine Triggerscheibe gebildet. Das Maschinenelement 29 kann auch durch einen Nocken gebildet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist. Das Geberrad 30 ist direkt an dem Umfang des Rohrabschnitts 21 befestigt. Das Maschinenelement 29 ist über einen Pressverband an der Nockenwelle 7 befestigt. Das Maschinenelement 29 ist axial in dem Bereich des Sitzes 20 angeordnet. Das heißt, dass das Maschinenelement 29 in einem Bereich direkt radial außerhalb des Sitzes 20 auf der Nockenwelle 7 aufgebracht ist.
Der Pressverband zwischen der Nockenwelle 7 und dem Maschinenelement 29 ist so auf die Pressüberdeckung zwischen dem Abtriebshohlrad 3, insbesondere dem Sitz 20, und der Nockenwelle 7 abgestimmt, dass sich die durch den Pressverband und die Pressüberdeckung entstehenden Spannungen überwiegend ausgleichen. Das heißt, dass die Spannungen im Wesentlichen gleich groß sind. Die Spannungen wirken im Wesentlichen in entgegengesetzte Richtungen.
Ein erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des elektrischen Nockenwellenverstellers 1 wird nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben. Vor der Herstellung der Verbindung der Nockenwelle 7 mit dem Nockenwellenversteller 1 erfolgt eine Vormontage. Ein Radialwellendichtring, hier der zweite Radialwellendichtring 18 wird in der Vormontage auf das Abtriebshohlrad 3, hier auf den Fortsatz 4, aufgeschoben. Ein Lager, hier ein auf die Lagerstelle 5 aufgesetztes Wälzlager 31, wird in der Vormontage auf das Abtriebshohlrad 3 aufgeschoben. Auch das Geberrad 20 kann in der Vormontage auf das Abtriebshohlrad 3 aufgeschoben werden. Nach der Vormontage wird zur Herstellung der Verbindung der Nockenwelle 7 mit dem Nockenwellenversteller 1 ein gerändelter Pressverband zwischen dem Fortsatz 4 und dem Rohrabschnitt 21 der Nockenwelle 7 erzeugt. Dazu wird der Sitz 20 mit der Rändelung 25 in den Rohrabschnitt eingepresst. Dadurch wird eine plasto-elastische Verbindung zwischen dem Fortsatz 4 und der Nockenwelle 7 hergestellt.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Antriebsrad
3: Abtriebshohlrad
4: Fortsatz
5: Lagerstelle
6: Gehäuse
7: Nockenwelle
8: Öleinlasskanal
9: Ölablasskanal
10: Nassraum
11: Hohlraum
12: Endabschnitt
13: Trockenraum
14: Ringkanal
15: Riemen
16: erster Radialwellendichtring
17: erster Dichtdeckel
18: zweiter Radialwellendichtring
19: zweiter Dichtdeckel
20: Sitz
21: Rohrabschnitt
22: Kragen
23: Lagerbereich
24: Zwischenbereich
25: Rändelung
26: erster Rändelabschnitt
27: zweiter Rändelabschnitt
28: Stufe
29: Maschinenelement
30: Geberrad
31: Wälzlager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004062037 A1 [0003]

Claims

Elektrischer Nockenwellenversteller (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem endloszugmittelantreibbaren Antriebsrad (2) und einem koaxial zu dem Antriebsrad (2) angeordneten, relativ zu dem Antriebsrad (2) elektromotorisch verdrehbaren Abtriebshohlrad (3), wobei das Abtriebshohlrad (3) einen dieses axial verlängernden Fortsatz (4) besitzt, welcher eine Lagerstelle (5) zur Radialabstützung an einem Gehäuse (6) besitzt und zur Befestigung an einer Nockenwelle (7) vorbereitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (4) neben wengistens einem Öleinlasskanal (8) wenigstens einen Ölablasskanal (9) besitzt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ölablasskanal (9) näher zu einem nockenwellenseitigen Ende des Fortsatzes (4) angeordnet ist als der wenigstens eine Öleinlasskanal (8).
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ölablasskanal (9) näher zu der Lagerstelle (5) des Fortsatzes (4) angeordnet ist als der wenigstens eine Öleinlasskanal (8).
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (4) einen Endabschnitt (12) besitzt, der so ausgebildet ist, dass er im montierten Zustand des Nockenwellenverstellers (1) außerhalb des Gehäuses (6) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Ölablasskanal (9) in dem Endabschnitt (12) angeordnet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Öleinlasskanal (8) und/oder der wenigstens eine Ölablasskanal (9) eine radiale Außenseite des Fortsatzes (4) mit einer radialen Innenseite des Fortsatzes (4) fluidisch verbinden/verbindet.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (4) eine Vielzahl von in einer gemeinsamen ersten Ebene verlaufenden Öleinlasskanälen (8) und/oder eine Vielzahl von in einer gemeinsamen zweiten Ebene verlaufenden Ölablasskanälen (9) besitzt.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ölablasskanal (9) relativ zu dem wenigstens einen Öleinlasskanal (8) so ausgebildet ist, dass er eine Drosselwirkung erzielt.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ölablasskanal (9) einen kleineren Durchmesser als der wenigstens eine Öleinlasskanal (8) besitzt.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (2) mit einem trockenlaufenden Riemen (15) in Wirkkontakt steht.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerhalb des Nockenwellenverstellers (1) ausgebildeter Nassraum (10) über einen ersten Radialwellendichtring (16), der auf einen mit dem Antriebsrad (2) drehfest verbundenen ersten Dichtdeckel (17) aufgesetzt ist, und/oder über einen zweiten Radialwellendichtring (18), der auf einen mit dem Antriebsrad (2) drehfest verbundenen zweiten Dichtdeckel (19) aufgesetzt ist, zu dem Gehäuse (6) hin abdichtbar ist.