DE10346447A1 - Verfahren zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers (1) an einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine, wobei der Nockenwellenversteller (1) ein hydraulisches Steuerventil (3) aufweist, mit dem eine Stelleinheit (4) zur Winkelverstellung einer Nockenwelle (2) steuerbar ist, wobei die Stelleinheit (4) einen mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenkörper (13) und einen zur Nockenwelle (2) drehbar gelagerten Außenkörper (14) aufweist, über den eine Antriebsverbindung von einer Kurbelwelle zur Nockenwelle (2) verläuft.
Um ein Verfahren zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers (1) an einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass bei leichter und kostengünstiger Herstellbarkeit des Nockenwellenverstellers (1) eine zeit- und kostensparende Befestigung des Nockenwellenverstellers (1) an der Nockenwelle (2) möglich ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Innenkörper (13) des Nockenwellenverstellers (1) stoffschlüssig mit der Nockenwelle (2) gefügt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Rohemissionen sowie zur Erhöhung von Leistung und Drehmoment sind Ottomotoren in der Regel mit Nockenwellenverstellern ausgestattet. Diese verändern die Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Derzeit kommen meist hydraulische Flügelzellenversteller mit Arbeitskammern zum Einsatz. Die Verstellung wird durch den gesteuerten Eintritt von Öl aus dem Motorkreislauf über ein Steuerventil in die Kammern der Flügelzellen vorgenommen. Das Steuerventil wird durch eine elektromagnetische Einrichtung bewegt.
  • Aus der DE 198 17 319 A1 ist ein gattungsbildender Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Steuerventil bekannt. Über das Steuerventil ist eine Stelleinheit zur Winkelverstellung einer Nockenwelle steuerbar, wobei die Stelleinheit einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Innenkörper und einen zur Nockenwelle drehbar gelagerten Außenkörper aufweist, über den eine Antriebsverbindung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle verläuft. Das Steuerventil weist einen Steuerkolben auf, der in einer Aufnahme einer Zentralspannschraube in axialer Richtung zur Zentralspannschraube verschiebbar geführt ist. Über die Zentralspannschraube ist der Innenkörper axial gegen die Nockenwelle verspannt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass bei leichter und kostengünstiger Herstellbarkeit des Nockenwellenverstellers eine zeit- und kostensparende Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bisher werden Nockenwellenversteller üblicherweise an die Nockenwelle geschraubt. Diese Schraubverbindung zwischen dem Nockenwellenversteller und der Nockenwelle muss sicher ein Drehmoment übertragen und die beiden Bauteile gut zueinander positionieren können. Diese Schnittstelle kostet Geld und Bauraum.
  • Weiterhin sind in der Nockenwelle Vorrichtungen zur Abstützung des Schraubenanzugsmomentes, z.B. Flächen zur Anlage eines Schraubenschlüssels, bei der Befestigung des Nockenwellenverstellers notwendig, die ebenfalls Geld kosten. Aus diesem Grund besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dass der Nockenwellenversteller kleiner, leichter und preiswerter ausfallen kann, da auf separate Befestigungsmittel verzichtet wird.
  • Vorteilhafterweise dient das Steuerventil nicht nur zur Steuerung der Stelleinheit zur Winkelverstellung der Nockenwelle, sondern übernimmt zusätzlich die Zentrierung des Nockenwellenverstellers um die Drehachse der Nockenwelle vor dem Fügen.
  • Im übrigen nimmt die Betriebssicherheit bei der Nockenwellenverstellung zu, da mit Wegfall der Schraubverbindungen auch mögliche Versagensquellen entfallen.
  • Ferner wird auch noch eine Kostenreduktion dadurch erreicht, dass die Schnittstellen zum Fügen einfacher werden.
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
    •
  • In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert, und zwar zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem hydraulischen Steuerventil, das zur Steuerung einer Stelleinheit zur Winkelverstellung einer Nockenwelle und zur Zentrierung eines Nockenwellenverstellers um die Drehachse der Nockenwelle dient, wobei die Stelleinheit einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Innenkörper und einen zur Nockenwelle drehbar gelagerten Außenkörper aufweist, und
  • 2 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem zusätzlichen Zentrierdurchmesser im Innenkörper.
  • Der Einfachheit halber werden in den Figuren für übereinstimmende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Der Nockenwellenversteller gemäß den 1 und 2 ist insgesamt mit 1 bezeichnet und in Zuordnung zu einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 besitzt ein hydraulisches Steuerventil 3, mit dem eine Stelleinheit 4 zur Winkelverstellung der Nockenwelle 2 steuerbar ist.
  • Das hydraulische Steuerventil 3 besitzt einen Steuerkolben 5, der in einem Ventilgehäuse 6 geführt ist, wobei das Ventilgehäuse 6 in einer konzentrischen, sich von einem Ende der Nockenwelle 2 in axialer Richtung erstreckenden Ausnehmung 7 der Nockenwelle 2 stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig eingebracht ist, wie beispielsweise eingeschweißt oder eingeschraubt.
  • Auf einer der Nockenwelle 2 zugewandten Seite des Steuerkolbens 5 ist eine auf den Steuerkolben 5 wirkende Druckfeder 8 angeordnet, die sich mit ihrem dem Steuerkolben 5 abgewandten Ende an einem Boden 9 des zur Seite der Nockenwelle 2 verschlossenen Ventilgehäuses 6 abstützt und mit ihrem dem Steuerkolben 5 zugewandten Ende auf den Steuerkolben 5 wirkt.
  • Auf der der Nockenwelle 2 abgewandten Seite des Steuerkolbens 5 ist eine motorfest montierte, von einer Druckmagnetspule und einem Anker gebildete elektromagnetische Einrichtung 10 angeordnet, über die der Steuerkolben 5 entgegen der Federkraft der Druckfeder 8 verstellbar ist. Hierfür ist auf einem der Druckfeder 8 abgewandten Ende des Steuerkolbens 5 ein Kontaktpunkt 11 zwischen einem Stössel 12 des Druckmagneten und dem Steuerkolben 5 vorhanden, der die Stellkräfte des Druckmagneten auf den Steuerkolben 5 in bekannter Weise überträgt. Zur besseren Kraftübertragung zwischen elektromagnetischer Einrichtung 10 und Steuerkolben 5, kann in dem Steuerkolben 5 ein hier nicht sichtbares Anlaufstück eingesetzt werden, das Reibung und Verschleiss reduziert, welche dadurch entsteht, dass der Anker der elektromagnetischen Einrichtung 10 motorfest steht und der Steuerkolben 5 mit der Nockenwelle 2 rotiert.
  • Die mit der elektromagnetischen Einrichtung 10 über den Steuerkolben 5 steuerbare Stelleinheit 4 weist zwei zur Verstellung gegeneinander verdrehbare Übertragungsteile auf, einen Innenkörper 13 und einen Außenkörper 14. Auf der der elektromagnetischen Einrichtung 10 zugewandten Seite der Übertragungsteile 13, 14 ist ein scheibenförmiger Deckel 16 mit einer zentrischen Ausnehmung für das Ventilgehäuse 6 und auf der der elektromagnetischen Einrichtung 10 abgewandten Seite der Übertragungsteile 13, 14 ist ein weiter Deckel 17 mit einer zentrischen Ausnehmung für die Nockenwelle 2 angeordnet. Die Deckel 16, 17 und der Außenkörper 14 schließen einen Ringraum ein, in dem der als Flügelrad ausgebildete Innenkörper 13 angeordnet ist. Der Innenkörper 13 ist drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden. Die Befestigung kann stoff-, kraft- und/oder formschlüssig wie beispielsweise durch thermisches Fügen, Fügen mit Übermaß, Kleben, Schweißen, Aufpressen, Aufpressen auf die gerändelte Nockenwelle oder mittels weiterer Fügeverfahren erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Innenkörper 13 über eine Schweißnaht 28 mit der Nockenwelle 2 verbunden. Dem Innenkörper 13 ist der verdrehbar auf der Nockenwelle 2 gelagerte Außenkörper 14 zugeordnet, der an seinem Außenumfang Verzahnungen 15 aufweist, über die die Nockenwelle 2 von der hier nicht dargestellten Kurbelwelle der angedeuteten Brennkraftmaschine angetrieben wird. Anstelle des hier angedeuteten und angesprochenen Kettentriebes können selbstverständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie beispielsweise Zahnriemenantriebe oder auch Zahnradantriebe.
  • Um den Nockenwellenversteller 1 im drucklosen Zustand in eine definierte Position zu bringen und/oder die Einflüsse der äußeren Reibung der Nockenwelle zu kompensieren, ist eine Rückstellfeder 18 vorgesehen. Hierzu weist der Deckel 16 des Nockenwellenverstellers 1 eine ringförmige Ausnehmung 19 auf, in welcher die Rückstellfeder 18, das Steuerventil 3 umgebend angeordnet ist, wobei die Rückstellfeder 18 einerseits mit dem Innenkörper 13 und andererseits mit dem Deckel 16 des Nockenwellenverstellers 1 verbunden ist. Die Rückstellfeder 18 kann aber nicht nur innerhalb sondern auch außerhalb des Nockenwellenverstellers 1 angeordnet sein. Generell kann die Rückstellfeder 18 einerseits mit dem Innenkörper 13 des Nockenwellenverstellers 1, dem Steuerventil 3 oder einem hier nicht dargestellten Impulsrad und andererseits mit dem Deckel 16 oder dem Außenkörper 14 des Nockenwellenstellers 1 verdrehsicher verbunden sein. Die Deckel 16, 17 und der Außenkörper 14 sind über sich in axialer Richtung erstreckende Spannschrauben 20 verspannt und bilden eine auf der Nockenwelle 2 drehbar gelagerte Einheit.
  • Um das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 2 übertragen zu können, ist wie bereits erwähnt der Innenkörper 13 des Nockenwellenverstellers 1 drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden. Das Antriebsmoment wird durch den Außenkörper 14 in den Nockenwellenversteller 1 eingebracht und über Arbeitskammern 21 auf den Innenkörper 13 übertragen. Die Zuführung von Druckmittel auf die jeweilige Arbeitskammer 21 erfolgt aus der Nockenwelle 2 über Druckmittelführungskanäle 23 des Steuerventiles 3 in die Arbeitskammern 21. Im Boden 9 des Steuerventils 3 ist ein Rückschlagventil 22 angeordnet, das ein Rückströmen von Druckmittel in die Nockenwelle 2 verhindert. Ferner kann das Steuerventil 3 einen hier nicht dargestellten Ölfilter aufnehmen, um das Druckmittel vor der Zuführung in die Arbeitskammern 21 des Nockenwellenverstellers 1 zu filtern. Durch eine Variation der Druckmittelfüllung der Arbeitskammern 21 ist die Phasenlage zwischen Außenkörper 14 des Nockenwellenverstellers 1 und Nockenwelle 2 einstellbar. Das Steuerventil 3 bestimmt mit der Lage seines Steuerkolbens 5 im Ventilgehäuse 6 die Druckmittelzufuhr zum Nockenwellenversteller 1 und damit die Phasenlage bzw. deren Änderung. Positioniert wird der Steuerkolben 5 durch das Gleichgewicht zwischen der Kraft der Druckfeder 8 und der entgegengesetzten Magnetkraft der elektromagnetischen Einrichtung 10.
  • Der Nockenwellenversteller 1 weist einen hier nicht sichtbaren, hydraulisch beaufschlagbaren Verriegelungsmechanismus aus Bolzen und Druckfeder auf, der durch axiale Bewegung des Bolzens eine feste Verbindung zwischen Innenkörper 13 und Deckel 16, 17 und/oder Außenkörper 14 herstellt. Diese Verbindung wird durch die gezielte Beaufschlagung des Nockenwellenverstellers 1 mit Druckmittel gelöst und eine Verstellung freigegeben.
  • Die Montage des Nockenwellenverstellers 1 an der Brennkraftmaschine beinhaltet mehrere Schritte:
    Das komplette Steuerventil 3 oder auch nur das Ventilgehäuse 6 des Steuerventiles 3 wird vorab winkelgenau mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig in den Innenkörper 13 des Nockenwellenverstellers 1 eingebracht, wobei die Winkelausrichtung des Steuerventiles 3 bzw. des Ventilgehäuses 6 durch geschickte Anordnung der Druckmittelführungskanäle 23 im Nockenwellenversteller 1 eventuell auch entfallen kann. Bei winkelgenauer Einbringung des Steuerventiles 3 bzw. des Ventilgehäuses 6 ist es möglich, kostenintensive druckmittelführende Ringkanäle im Innenkörper 13 wegfallen zu lassen und nurmehr radiale Druckmittelbohrungen 24 im Innenkörper 13 vorzusehen.
  • Um eine zeit- und kostensparende Befestigung des Nockenwellenverstellers 1 an der Nockenwelle 2 zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß der Innenkörper 13 des Nockenwellenverstellers 1 stoffschlüssig mit der Nockenwelle 2 verbunden, so dass der Innenkörper 13 das Antriebsmoment der Kurbelwelle auf die Nockenwelle 2 übertragen kann. Beim stoffschlüssigen Fügen kann es sich vorteilhafterweise um Schweißen, aber auch um Kleben, Löten usw. handeln.
  • Entweder wird der Nockenwellenversteller 1 komplett als fertiges Bauteil stoffschlüssig mit der ebenfalls fertig bearbeiteten Nockenwelle 2 verbunden oder der Innenkörper 13 des Nockenwellenverstellers 1 und das Ventilgehäuse 6 des Steuerventiles 3 werden zuerst montiert und der Nockenwellenversteller 1 und das Steuerventil 3 werden erst nach der stoffschlüssigen Verbindung komplettiert. Im ersten Fall sind vorteilhafterweise nach der stoffschlüssigen Verbindung keine weiteren Bearbeitungsschritte in Bezug auf Nockenwellenversteller 1 und Nockenwelle 2 mehr erforderlich.
  • Die vor dem stoffschlüssigen Fügen notwendige Zentrierung des Nockenwellenverstellers 1 um die Drehachse 25 der Nockenwelle 2 erfolgt auf dreierlei Arten, wobei 1 und 2 zwei dieser Zentrierungsarten zeigen:
    1 zeigt die Zentrierung des Nockenwellenverstellers 1 über das Steuerventil 3, das in der entsprechenden Ausnehmung 7 der Nockenwelle 2 sitzt.
  • In 2 erfolgt die Zentrierung des Nockenwellenverstellers 1 über eine Zentrierbohrung 26 im Innenkörper 13 und einem entsprechenden Außendurchmesser 27 der Nockenwelle 2. Bei dieser Lösung wird der Bereich der stoffschlüssigen Verbindung (z.B. Schweißnaht 29) im Betrieb entlastet, da die Radialkräfte über die Zentrierpassung zwischen Innenkörper 13 und Nockenwelle 2 teilweise abgeleitet werden und für den Kraftfluss vom Innenkörper 13 zur Nockenwelle 2 mehr Querschnitt zur Verfügung steht.
  • Bei einer dritten, hier nicht dargestellten Möglichkeit zur Zentrierung ist anstelle des Steuerventiles 3 ein zusätzlicher Zentrierkörper vorgesehen, der nach dem stoffschlüssigen Fügen entnommen und beispielsweise durch das Steuerventil 3 ersetzt werden kann.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers (1) an einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine, wobei der Nockenwellenversteller (1) ein hydraulisches Steuerventil (3) aufweist, mit dem eine Stelleinheit (4) zur Winkelverstellung einer Nockenwelle (2) steuerbar ist, wobei die Stelleinheit (4) einen mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenkörper (13) und einen zur Nockenwelle (2) drehbar gelagerten Außenkörper (14) aufweist, über den eine Antriebsverbindung von einer Kurbelwelle zur Nockenwelle (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (13) des Nockenwellenverstellers (1) stoffschlüssig mit der Nockenwelle (2) gefügt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem stoffschlüssigen Fügen um Schweißen, Kleben oder Löten handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (6) des hydraulischen Steuerventils (3) stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig in den Innenkörper (13) eingefügt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) mindestens teilweise vor dem Fügen über das Steuerventil (3), über einen zusätzlichen Zentrierkörper oder über einen zusätzlichen Zentrierdurchmesser (26) im Innenkörper (13) um die Drehachse (25) der Nockenwelle (2) zentriert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der komplette Nockenwellenversteller (1) mit der fertig bearbeiteten Nockenwelle (2) gefügt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (13) des Nockenwellenverstellers (1) und das Ventilgehäuse (6) des Steuerventiles (3) mit der fertig bearbeiteten Nockenwelle (2) gefügt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) und das Steuerventil (3) erst nach der stoffschlüssigen Verbindung komplettiert werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) derart mit der Nockenwelle (2) gefügt wird, dass die Druckmittelversorgung des Steuerventils (3) über nutenförmige Druckmittelführungskanäle (23) erfolgen kann, die im Steuerventil (3) eingebracht sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) derart mit der Nockenwelle (2) gefügt wird, dass das Steuerventil (3) eine Verriegelungsvorrichtung des Nockenwellenverstellers (2) mit Druckmittel beaufschlagen kann.
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