DE10334690B4

DE10334690B4 - Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE10334690B4
Application number: DE10334690A
Authority: DE
Inventors: Angela Boeckmann-Hannibal
Original assignee: Bockmann-Hannibal Angela Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: DE10334690A1

Abstract

Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen, umfassend einen Nockenwellenversteller, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor mit einem an der Stirnfläche angeordneten, längs einer Drehrichtung des Rotors gerichteten Rotorzapfen, einen Stator mit einem Statorgehäuse und eine Nockenwelle mit Nocken aufweist, sowie innerhalb des Rotors und des Rotorzapfens Kanäle zur Ölzufuhr, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) mit einem an einer Stirnfläche (9) des Rotors (6) angeordneten Rotorzapfen (10) einteilig ausgebildet ist, wobei der Rotorzapfen (10) an einer Wand einer Innenbohrung (21) einer Nockenwelle (20) stoffschlüssig oder kraftschlüssig zur Drehmomentübertragung in einer festgelegten Lageposition gehalten ist und wobei in einem Grundkörper (8) des Rotors (6) und im Rotorzapfen (10) längs und quer zu einer Drehachse (11) Kanäle (12, 13, 14, 17, 18) für eine Ölzufuhr zu Rotorflügeln (7) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Einrichtungen zur Nockenwellenverstellung sind variable Ventilsteuersysteme, die direkt am Nockenwellenantrieb angeordnet sind und während des Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine die Winkellage zwischen der Kurbel- und der Nockenwelle verändern, indem durch eine Drehung der Nockenwelle die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile der Verbrennungskraftmaschine verändert werden. Die Einrichtungen zur Nockenwellenverstellung sind dabei Systeme, die entweder ein mechanisches oder hydraulisches Wirkprinzip insbesondere nach dem Schwenkmotorprinzip aufweisen und aus einer Vielzahl von einzelnen Bauelementen bestehen, die mit Schrauben zusammengehalten werden, wobei der Nockenwellenversteller auf der Nockenwelle mittels einer zentralen Schraube befestigt wird, die auch teilweise als hohle Nockenwelle ausgebildet sein kann. Die Herstellung dieser einzelnen Bauelemente ist sehr aufwendig und teuer und bei der Fertigung dieser Bauteile muss im Einzelnen eine möglichst konstante Geometrie der Flächen eingehalten werden, was einen hohen Fertigungsaufwand bedeutet.
Aus der DE 42 37 193 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung einer Einrichtung zum relativen Verdrehen einer Welle und eine Einrichtung zum relativen Verdrehen der Welle einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen Nockenwellenversteller enthält, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor mit einem längs einer Drehachse gerichteten Rotorzapfen, einen Stator mit einem Statorgehäuse, eine Nockenwelle und innerhalb des Rotors und des Rotorzapfens ausgebildete Kanäle zur Ölzufuhr aufweist. Aus der DE 198 49 959 A1 ist weiterhin eine Ventilzeitsteuervorrichtung bekannt, die einen Nockenwellenversteller enthält, der statt einer Ölpumpe zwischen der Nockenwelle und dem Drehübertragungselement ausgebildete Fluidkammern und eine Fluidzuführeinrichtung enthält. Weiterhin weist die Ventilzeitsteuervorrichtung einen inneren Rotor auf, der einstückig an dem Führungsendabschnitt der Nockenwelle vorgesehen ist, wobei die Befestigung zwischen dem einteilig mit dem Rotor ausgeführten Rotorzapfen und der Nockenwelle mittels einer Schraube vorgesehen ist. In der DE 199 61 193 A1 wird ein Rotationskolbenversteller zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors beschrieben, der einen mit einem Antriebsrad verbundenen Außenrotor und einen mit der Nockenwelle verbundenen Innenrotor ausweist und eine zum Verbinden von Außen- und Innenrotor vorgesehene Sperrvorrichtung. Aus der DE 100 27 517 A1 ist ebenfalls eine Einrichtung mit einer Welle und mit zumindest einer auf dieser Welle angebrachten Nabe und ein Verfahren für die Herstellung dieser Einrichtung bekannt, bei dem die Welle an zumindest einer Fügestelle durch plastische Verformung ihres Außendurchmessers aufgeweitet wird und die Nabe, die beispielsweise als Nockenscheibe, Zahnrad, Kurbelwange oder Kreisexzenter ausgebildet ist, auf die Fügestelle der Welle aufgepresst wird. Aus der US 6 416 245 B1 ist eine Ausführungsform einer Nockenwelle mit umlaufenden Wellenerhebungen und einer Anordnung der Naben bekannt. In der DE 199 43 833 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Nockenwellenversteller zur Nockenwellenverstellung beschrieben, bei dem eine Zuführungsvorrichtung für Hydraulikdruck als vom Zylinderkopf separates Bauteil ausgebildet ist und jede Nockenwelle einen Ring aufweist, welcher einen Abschnitt der Nockenwelle umgreift, wobei jeder Ring zwei Nuten und der umgriffene Abschnitt der Nockenwelle zwei Ringnuten aufweist und jedes Nut/Ringnutpaar eines Ringes über jeweilige Hydraulikkanäle in der Nockenwelle mit einer Hydraulikkammer des an dieser Nockenwelle angeordneten Nockenwellenverstellers verbunden ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Nockenwellenverstellung so auszubilden, dass neben einer Reduzierung von Bauteilen gleichzeitig die Ölversorgung zwischen Rotor, Stator und Nockenwelle verbessert wird und dass die Einrichtung zur Nockenwellenverstellung mit einfachen Mitteln und geringem Fertigungsaufwand präzise und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Die Einrichtung zur Nockenwellenverstellung weist einen Rotor mit einem an einer Stirnfläche des Rotors angeordneten Rotorzapfen auf, die einteilig ausgebildet sind, derart, dass der Rotorzapfen an einer Wand einer Innenbohrung einer Nockenwelle stoffschlüssig oder kraftschlüssig zur Drehmomentübertragung in einer definierten Lageposition gehalten ist und wobei in einem Grundkörper des Rotors und im Rotorzapfen längs und quer zu einer Drehachse Kanäle für eine Ölzufuhr der Rotorflügel vorgesehen sind.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Lageposition des Rotorzapfen des Rotors in der Innenbohrung der Nockenwelle in der Montagesolllage mittels eines Anschlagelementes einstellbar ist, und dass zur Lagepositionierung des Rotorzapfens in der Innenbohrung der Nockenwelle ein Spalt vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Variante wird darin gesehen, dass der Rotorzapfen des Rotors in der Innenbohrung der Nockenwelle stoffschlüssig befestigt, insbesondere verklebt oder verlötet ist oder kraftschlüssig durch eine Pressverbindung befestigt ist.
Eine ebenso vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass neben den von dem Grundkörper des Rotors aus bis in den Rotorzapfen ausgebildeten Längskanal und den im Rotor und im Rotorzapfen vorgesehenen Querkanälen für eine Ölzufuhr der Rotorflügel zusätzlich zur Versorgung der Nockenwelle mit Öl Kanäle für die Ölzufuhr zwischen Nockenwelle und Rotorzapfen vorgesehen sind. Die Kanäle für die Ölzufuhr sind in bekannter Weise als Bohrungen ausgebildet.
Ein bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass zur Lagerung der Nockenwelle Axiallager vorgesehen sind, die insbesondere an einer Stirnfläche eines Nockens und an einem Ansatz einer Verstellerrückwand anliegen. Die Anlageschulter eines Axiallagers kann dabei in vorteilhafter Weise auch als separates Teil ausgebildet sein und ist mit der Nockenwelle direkt fest verbunden.
Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform wird darin gesehen, dass der einteilig ausgebildete Rotor mit dem Rotorzapfen vorzugsweise aus Kunststoff, Stahl oder Sintermetall ausgeführt ist.
Mit dieser einfachen und fertigungstechnisch neuen Ausbildung des einteiligen Rotors mit dem Rotorzapfen als Teil der Einrichtung zur Nockenwellenverstellung und der stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Befestigung des Rotorzapfens in der Innenbohrung der Nockenwelle, wird sowohl eine Einsparung von Bauteilen durch den Wegfall einer teuren Verschraubung des Rotors mit der Nockenwelle erreicht, als auch eine kostengünstigere Fertigung des Nockenwellenverstellers für eine ein- oder mehrteilige Nockenwellen aus Grauguss oder Stahl, da durch die neue Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nur noch die Verschraubung der Gehäuseteile erforderlich ist. Dadurch können die Nockenwellenversteller kompakter und kleiner ausgeführt werden und im Innern des Nockenwellenverstellers entsteht mehr Raum für die Ölversorgungskanäle. Es können für diesen Nockenwellenversteller auch andere Materialien, wie Kunststoff eingesetzt und neue Verbindungstechniken, wie beispielsweise Verkleben, Verlöten und Verpressen angewandt werden. Ein weiterer Vorteil dieser neuen Einrichtung zur Nockenwellenverstellung besteht darin, dass durch die einteilige Ausbildung des Rotors und des Rotorzapfens und den Wegfall einer zentralen Befestigungsschraube Platz für die Ausbildung der Ölzufuhrkanäle im Rotor und im Rotorzapfen geschaffen wird und damit einerseits die Ölversorgung des Rotors verbessert wird und anderseits das eingesetzte Axiallager effektiv mit Drucköl versorgt wird, da zum Verstellen des Schwenkmotors der Motor mit Öl versorgt werden muss, um stabile Zwischenstellungen der Nockenwelle zu halten.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der einteiligen Ausbildung des Rotors mit dem Rotorzapfen besteht darin, dass der Rotor mit dem Rotorzapfen zur direkten Drehmomentübertragung zwischen dem Nockenwellenversteller und der Nockenwelle genutzt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Nockenwellenverstellung mit einem Teil der Nockenwelle in Gesamtansicht;
2 die Einrichtung zur Nockenwellenverstellung mit einem Teil der Nockenwelle im Schnitt;
3 ein Ausführungsbeispiel eines einteilig ausgebildeten Rotors;
4 eine Anordnung des Rotors in einem Statorgehäuse.
Ein in den 1 und 2 dargestellter Nockenwellenversteller 1 umfasst in seinen Grundelementen eine Verstellervorderwand 2, ein Statorgehäuse 3, eine Verstellerrückwand 4 mit einem Antriebsrad in Form eines Zahnriemen- oder Kettenrades 5 und einen Rotor 6, der in dem Statorgehäuse 3 angeordnet ist. Der Rotor 6 besitzt mehrere, gleichmäßig über einen ringförmigen Rotorgrundkörper 8 verteilt angeordnete Rotorflügel 7, die radial von dem ringförmigen Rotorgrundkörper 8 abstehen. An einer nach innen gerichteten Stirnfläche 9 des Rotors 6 ist ein Rotorzapfen 10 angeordnet, wobei der Rotor 6 und der Rotorzapfen 10 einstückig aus Kunststoff, Stahl oder Sintermetall ausgebildet sind. Weiterhin sind im Grundkörper 8 des Rotors 6 quer zu einer Drehachse 11 des Rotors 6 mehrere Ölzulaufkanäle 12 angeordnet, die mit einem längs der Drehachse 11 verlaufenden Ölzulaufkanal 13 verbunden sind, der in den Rotorzapfen 10 hineinragt. Am Ende des Ölkanals 13 ist im Rotorzapfen 10 ein Ölkanal 14 quer zur Drehachse 11 angeordnet, der mit einer am Umfang des Rotorzapfens 10 angeordneten ersten umlaufenden Nut 15 verbunden ist. Eine in Richtung des Rotors 6 angeordnete zweite umlaufende Nut 16 ist über einen im Rotorzapfen 10 und Rotorgrundkörper 8 parallel zur Drehachse 11 außermittig verlaufenden Ölkanal 17 verbunden, der in einen senkrecht zur Drehachse 11 im Rotorgrundkörper 8 verlaufenden Ölkanal 18 mündet.
Die beschriebenen Grundelemente des Nockenwellenverstellers 1, Verstellervorderwand 2, Statorgehäuse 3 und Verstellerrückwand 4 werden an der Stirnfläche der Verstellervorderwand 2 mittels Schrauben 19 axial in bekannter Weise zusammengehalten. Der Rotorzapfen 10 ist mit einer Nockenwelle 20, die mit einer Innenbohrung 21 versehen ist, stoffschlüssig durch eine Kleb- oder eine Lötverbindung oder kraftschlüssig durch eine Pressverbindung fest miteinander verbunden. Vor dem Verbinden wird der Rotorzapfen 10 in die Innenbohrung 21 der Nockenwelle 20 eingeführt und durch einen nicht näher dargestellten, in der Innenbohrung 21 angeordneten Anschlag in eine Montagesolllage gebracht, so dass zwischen der Stirnfläche 9 des Rotors 6 und der Verstellerrückwand 4 ein Spalt 27 entsteht.
Am Umfang der Nockenwelle 20 sind zwei Bohrungen 22 und 23 angeordnet, durch die zusätzlich Öl in die beiden umlaufenden Nuten 15 und 16 des Rotorzapfens 10 einströmt und durch die im Rotorzapfen 10 angeordneten Ölkanäle 13, 17 sowie die damit verbundenen Ölkanäle 12, 18 des Rotorgrundkörpers 8 fließt. Die auf der Nockenwelle 20 vorgesehenen Nocken 24 sind vorzugsweise auf der Nockenwelle 20 aufgepresst. Eine Stirnfläche 26 eines Nockens 24 ist als Anlageschulter für ein nicht näher dargestelltes Axiallager ausgebildet. Ein an der Verstellerrückwand 4 angeordneter Ansatz 25 ist als weitere Anlagefläche eines Axiallagers ausgebildet. Die Anlageschulter kann auch in einer nicht näher dargestellten Ausführungsform als separates Teil ausgebildet sein, das mit der Nockenwelle 20 fest verbunden ist. Die in 1 und 2 dargestellte Nockenwelle 20 mit den darauf angeordneten Nocken 24 ist vorzugsweise einteilig aus einem Guss oder mit aufgepressten Nocken 24 ausgebildet.
3 zeigt die Einzelheiten des neuen, für den Nockenwellenversteller 1 ausschlaggebenden Rotors 6 mit dem Rotorzapfen 10. Der Rotor 6 mit den Rotorflügeln 7 und dem Rotorzapfen 10 ist dabei gemäß 3 einteilig ausgebildet und aus Kunststoff, Stahl oder Sintermetall hergestellt.
4 zeigt den in das Statorgehäuse 3 eingebauten Rotor 6. Das Statorgehäuse 3 weist dabei in bekannter Weise radial nach innen gerichtete nicht näher dargestellte Flügel auf, die gleichmäßig verteilt über den Innenumfang des Statorgehäuses 3 angeordnet sind. In der Montagesolllage greifen zwischen die Statorflügel des Statorgehäuses 3 die Rotorflügel 7 des Rotors 6 ein.

1: Nockenwellenversteller
2: Verstellervorderwand
3: Statorgehäuse
4: Verstellerrückwand
5: Zahnriemen/Kettenrad
6: Rotor
7: Rotorflügel
8: Rotorgrundkörper
9: Stirnfläche
10: Rotorzapfen
11: Drehachse
12: Ölkanal im Rotorgrundkörper
13: Ölkanal im Zapfen
14: Ölkanal im Zapfen
15: Umlaufnut im Zapfen
16: Umlaufnut im Zapfen
17: Ölkanal
18: Ölkanal im Rotorgrundkörper
19: Schraube
20: Nockenwelle
21: Innenbohrung der Nockenwelle
22: Ölzulaufbohrung
23: Ölzulaufbohrung
24: Nocken
25: Ansatz der Verstellerrückwand
26: Stirnfläche des Nockens
27: Spalt in der Innenbohrung der Nockenwelle

Claims

Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen, umfassend einen Nockenwellenversteller, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor mit einem an der Stirnfläche angeordneten, längs einer Drehrichtung des Rotors gerichteten Rotorzapfen, einen Stator mit einem Statorgehäuse und eine Nockenwelle mit Nocken aufweist, sowie innerhalb des Rotors und des Rotorzapfens Kanäle zur Ölzufuhr, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) mit einem an einer Stirnfläche (9) des Rotors (6) angeordneten Rotorzapfen (10) einteilig ausgebildet ist, wobei der Rotorzapfen (10) an einer Wand einer Innenbohrung (21) einer Nockenwelle (20) stoffschlüssig oder kraftschlüssig zur Drehmomentübertragung in einer festgelegten Lageposition gehalten ist und wobei in einem Grundkörper (8) des Rotors (6) und im Rotorzapfen (10) längs und quer zu einer Drehachse (11) Kanäle (12, 13, 14, 17, 18) für eine Ölzufuhr zu Rotorflügeln (7) vorgesehen sind.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageposition des Rotorzapfens (10) und des Rotors (6) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) in einer Montagesolllage mittels eines Anschlagelementes einstellbar ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) zur Lagepositionierung des Rotorzapfens (10) einen Spalt (27) aufweist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorzapfen (10) des Rotors (6) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) stoffschlüssig mittels einer Klebverbindung befestigt ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorzapfen (10) des Rotors (6) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) stoffschlüssig mittels einer Lötverbindung befestigt ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorzapfen (10) des Rotors (6) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) kraftschlüssig mittels einer Pressverbindung befestigt ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ölzufuhr in der Nockenwelle (20) Ölzulaufkanäle (22, 23) vorgesehen sind.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Nockenwelle (20) Axiallager vorgesehen sind, die insbesondere an einer Stirnfläche (26) eines Nockens (24) und an einem Ansatz (25) einer Verstellerrückwand (4) anliegen.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlageschulter eines Axiallagers als separates Teil ausgebildet und mit der Nockenwelle (20) direkt fest verbunden ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) mit dem Rotorzapfen (10) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) mit dem Rotorzapfen (10) aus Stahl oder Sintermetall ausgebildet ist.