EP1880086B1 - Camshaft adjuster - Google Patents

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EP1880086B1
EP1880086B1 EP06724020A EP06724020A EP1880086B1 EP 1880086 B1 EP1880086 B1 EP 1880086B1 EP 06724020 A EP06724020 A EP 06724020A EP 06724020 A EP06724020 A EP 06724020A EP 1880086 B1 EP1880086 B1 EP 1880086B1
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EP
European Patent Office
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insert
locking
camshaft adjuster
plastic part
drive
Prior art date
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Active
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EP06724020A
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German (de)
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Thomas Kleiber
Wolfram Kruhöffer
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • F01L1/344Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
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    • F01L2001/3445Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34453Locking means between driving and driven members
    • F01L2001/34459Locking in multiple positions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2301/00Using particular materials

Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjuster for an internal combustion engine.
  • camshaft adjusters are used to adjust the relative angular position between a drive element such as a drive wheel, which is connected via a traction means such as a chain or a belt in drive connection with a crankshaft of the internal combustion engine, and an output member driving a camshaft.
  • a drive element such as a drive wheel
  • a traction means such as a chain or a belt in drive connection with a crankshaft of the internal combustion engine
  • control times of valve movements of the internal combustion engine can be changed.
  • Such camshaft adjusters have a locking unit with a locking element, which produces a positive connection between the drive element and the output element in an interlocking operating position.
  • an adjustment angle of the camshaft adjuster can be defined in partial operating ranges of the internal combustion engine, for example during a start of the internal combustion engine or a hydraulic pressure drop or constant power requirement.
  • a lock is not between the drive wheel and camshaft, but rather between the aforementioned actuator, which forms the output element in this case in the context of the invention, and the rotationally fixed to the drive wheel connected drive element.
  • the actuating element has a radially hydraulically displaceable projection which can enter into a corresponding recess of the drive element.
  • the present invention is based on the finding that - for example, according to the document WO 03/076771 A1 -
  • the use of a plastic part for the drive element and / or the output element is advantageous.
  • plastic parts are used exclusively for camshaft adjusters which have no locking unit.
  • Such known non-lockable camshaft adjusters with plastic parts are based on the prejudice of the experts that the forces occurring in the region of a locking unit can not be absorbed by a plastic part, as these, for example due to excessive surface pressures or stresses, to cracks in the plastic part or a failure of the same being able to lead.
  • the plastic parts must have the required mechanical properties in a wide temperature range.
  • a locking unit For a locking unit is a reduction occurring stresses and surface pressures not or only made possible by the fact that the contact surfaces between locking element and drive element or driven element are increased, since the locking unit and the locking element should have relatively small dimensions, thus resulting in a compact-build camshaft adjuster.
  • the solution on which the invention is based is based on the use of at least one insert, on which the locking element comes into positive contact with the locking operating position at least in a direction of adjustment.
  • a suitable material can be selected, for example an iron, steel, aluminum or a high-strength plastic.
  • the insert can be prepared for the required stress in the area of the mentioned contact surfaces with suitable machining methods.
  • the insert can be optimally prepared for the contact and the transmission of the locking force between locking element and insert.
  • the locking force can be transmitted to the plastic part.
  • the outer surface of the insert can be designed arbitrarily in order to ensure optimum transmission of the locking force.
  • the outer surface can be increased almost arbitrarily, so that increases a contact area between the insert and plastic part.
  • the contour of the outer surface can be made suitable for the transmission of the locking force.
  • the drive element according to the invention is a component of the camshaft adjuster whose movement correlates with the drive movement of the crankshaft of the internal combustion engine, while the movement of the output element correlates with the movement of the camshaft of the internal combustion engine.
  • drive and / or output element can be firmly connected to the drive wheel or the camshaft of the camshaft adjuster and thus perform the same rotational angular movements as the drive wheel or the camshaft.
  • drive and / or Output element to be connected to the drive wheel or the camshaft via a geared connection with a suitable transmission or reduction. In the course of an adjusting movement of the camshaft adjuster, the relative angular position between the drive element and output element is changed.
  • the locking unit according to the invention can completely set in its locking operating position drive and driven element in both directions, specify a game, accomplish a determination only in a direction of adjustment or represent a stop for limiting an actuating movement.
  • an improved connection and transmission of the locking force results according to a further embodiment of the camshaft adjuster according to the invention, when the insert has an enlarged extension in the direction of the locking force, which may be a rectilinear extent or an extension in a circumferential direction of the camshaft adjuster.
  • the transmission length and the transfer surface of the locking force can be increased without requiring a special installation space is required transversely to the locking force.
  • an enlarged extent for example, an extension is understood in this sense, which is longer than the diameter or a transverse extent of the locking element or a dimension of a contact surface between locking element and insert.
  • the enlarged extent is in particular at least twice, three times or four times the transverse extent of the locking element or its diameter.
  • the insert transmits the locking force at least partially frictionally on the plastic part.
  • a normal force for such a frictional connection can be achieved, for example, by pressing the insert into the plastic part, in particular under radial compression, via a cross-sectional widening as a result of the locking force occurring, an elastic deformation of insert or plastic part for insertion of the insert into the plastic part and / or movement of the camshaft adjuster be generated.
  • the insert via a clamping or fastening element, such as the central screw for producing a compound of the camshaft adjuster with the camshaft, is clamped against the plastic part, whereby the normal force of the frictional engagement is specified.
  • Such a friction for example, has advantages in a mounting, since the locking position is sensitively adjustable during assembly.
  • the insert transmits the locking force at least partially positively to the plastic part.
  • the relative position of the insert with respect to the plastic part can first of all be determined constructively, whereby sensitive adjustments during assembly can be avoided.
  • a positive transmission of the locking force between the insert and plastic part a particularly stiff, u. U. safe and reliable transmission of the locking force safe.
  • the insert may be releasably connected to the plastic part to a drive or driven element.
  • An integral drive or driven element can be formed in that the insert and the plastic part are materially connected to one another.
  • the material bond can be produced in the form of an adhesive.
  • the plastic part can be sprayed onto the insert, whereby a cost-effective and simple manufacturing process is given at the same time good connection between the insert and plastic part.
  • the insert has outer teeth, projections, ribs or recesses, which positively enter into corresponding counter teeth, projections, ribs or recesses of the plastic part.
  • power transmission surfaces are created, which are preferably oriented transversely to the direction of the locking force and ensure good power transmission with low surface pressures.
  • the insert has a large extension in the direction of the locking force or circumferential direction, in a compact design several Teeth of the teeth, projections, ribs or recesses are arranged in the direction of the locking force connected in series.
  • the insert extends over a circumferential angle of 50 ° to 300 °.
  • the active surfaces of positive connections can be further increased and / or the surface of frictional contacts can be extended over the circumferential angle.
  • a design of the insert and the plastic part with corresponding teeth is in principle a toothing of the insert initially due to the finite manufacturing accuracies only in the range of one tooth or fewer teeth on the corresponding counter-toothing of the plastic part.
  • the invention is in this respect based on the finding that plastic has a relatively low modulus of elasticity, so that with a small locking force, the number of contacting teeth increases, so that the force is divided over a large contact area and many teeth, which increases the life expectancy the teeth of plastic can be significantly increased.
  • the transmittable frictional force can be significantly increased in accordance with the angle of wrap and the elastic deformation of the insert.
  • the insert is formed as a circular disk, which in itself is already a rigid, closed ring structure.
  • the annular disc has an axial or radial projection, a toothing o. ⁇ . Or a recess which cooperates positively at least in a circumferential direction with a projection or a corresponding recess of the plastic part. Due to the positive connection, firstly the assembly of the insert with respect to the plastic part can be predetermined, so that incorrect assembly is ruled out. Furthermore, a reliable transmission of the locking force is ensured by the contact between the projection and the recess.
  • this embodiment is also a non-circular outer geometry of the annular disc-shaped Inserts, which can be used in a corresponding internal geometry of the plastic part.
  • the plastic may be, for example, a thermoset. However, the use of other types of plastic is also conceivable.
  • the invention relates to a camshaft adjuster of any type, for example in vane type, axial piston or with a three-shaft or as an eccentric, wherein the adjusting movement is preferably brought about on the basis of a hydraulic actuator or an electric actuator.
  • a camshaft adjuster in vane-type construction is shown by way of example only.
  • a camshaft adjuster 1 has a drive wheel 2, which is connected via a traction means in drive connection with a crankshaft of an internal combustion engine.
  • a housing 3 of the camshaft adjuster 1 is firmly connected to the drive wheel 2 and has a substantially U-shaped half cross section with a base leg 4, which forms a radially outwardly closed lateral surface and two parallel, extending from the base leg 4 radially inwardly extending side legs. 5 6.
  • the side legs 5 or the housing 3 with the rigidly connected to this drive wheel 2 forms a drive element.
  • an output element 11 is rotatably mounted in the housing 3 so as to be limited in terms of rotation about a longitudinal axis 10-10.
  • the output member 11 is connected through a central, axially oriented bore 12 with a camshaft associated with intake and / or exhaust valves.
  • the output element 11 has a cylindrical base body 13, from which radially outwardly into the chambers 7 wings 14 extend.
  • pressure chambers 15, 16 are formed, which are each assigned to different actuating directions of the camshaft adjuster.
  • the pressure chambers 15, 16 are closed in the axial direction by the side legs 5, 6 and in the in FIG.
  • the volume of the pressure chambers 15, 16 is characterized in the course of the adjusting movement of the camshaft adjuster 1 characterized variable that the distance the wings 8, 14 changed in the circumferential direction.
  • FIG. 1 shows a locking unit 17 which locks in the illustrated locking operating position, the relative rotational angular position between the drive element 9 and driven element 11 about the longitudinal axis 10-10 or sets.
  • the locking unit 17 has a locking element 18, which is designed as a pin 19 in the present case.
  • the pin 19 is guided along an axis which is oriented parallel to the longitudinal axis 10-10, displaceably in a bore 20 of the driven element 11.
  • the pin While in the unlocked operating position of the locking unit 17, the pin is arranged completely in the driven element, in the in FIG. 1 illustrated locking operating position of the pin 19 is extended in the axial direction of the output member 11 so that it extends with a front portion 21 in a corresponding blind hole 22 of the drive element 9, in particular of the side leg 5.
  • the bore 20 is closed in the blind hole 22 opposite end region.
  • the pin 19 has a central bore 23 which extends from the blind hole 22 opposite end of the pin 19 centrally in this.
  • a pressure chamber 16 is hydraulically connected to the end face of the front portion 21 of the pin 19, so that a hydraulic pressure in the pressure chamber 16 acts on the pin 19 in the direction of the non-locking operating position.
  • a compression spring 25 which is supported in an end region on the pin 19 and is supported in the opposite end region at the bottom of the bore 20.
  • an insert 26 is arranged in the drive element 9, inserted or inserted into this, which in detail in FIG. 3 is shown.
  • the insert 26 has an approximately annular segment-shaped geometry with a circular segment-shaped or partially cylindrical inner contour 27, a concentric part-circular or partially cylindrical outer contour 28 and radially oriented or transverse to the contours 27, 28 oriented end faces 29, 30.
  • the outer contour 28 is with a toothing 31 provided with teeth with any of the known tooth geometries, here Trapezzähnen provided.
  • the insert 26 is in the viewing direction according to FIG. 2 inserted into the output element 11 and extends in the circumferential direction about the longitudinal axis 10-10.
  • the output element 11 has a recess 33, whose cross section is formed corresponding to the inner contour 27, outer contour 28 and end face 30.
  • the toothing 31 is in engagement with a corresponding toothing of the output element 11.
  • the locking element 18 is supported on the end face 29 of the insert 26, wherein the lateral surface of the front portion 21 of the pin 19 comes to rest against the end face 30.
  • the end face 29 can be designed to increase the contact surface with the front region 21 in accordance with the locking element, for example, curved.
  • the insert in the area of the end face via a bore vertically to the plane according to FIG. 3 such that an "eye" is formed into which the pin 19 enters, so that the bore completely surrounds the pin 19 and provides a contact surface in several directions.
  • the insert 26 is arranged in the circumferential direction opposite to the hydraulic connection 24.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the insert 26a, for which the inner contour 27 is also provided with a toothing 32 which can come into engagement with a suitable counter-toothing of the output element 11.
  • the insert 26, 26a extends over a circumferential angle of between 45 ° and 90 °, in particular between 50 ° and 70 °.
  • FIGS. 5 and 6 An alternative embodiment of the insert 26b is in the FIGS. 5 and 6 shown.
  • the insert 26b extends in this case over a circumferential angle of about 270 °.
  • Such an insert 26b may also have a toothing 31b, 32b in the area of the inner and / or outer contour 27b, 28b.
  • an insert 26b is formed without such a toothing.
  • a radial recess 34 into which a corresponding projection of the output element 11 enters to secure the insert 26b against displacement in the circumferential direction.
  • the insert 26b may in an elastic embodiment of the insert 26b and / or the output element 11 to a conditioning of the insert 26b in the area the outer contour 28b and / or come in the region of the inner contour 27b to the boundary of the recess 33, whereby the backup of the insert 26 is supported by frictional forces occurring.
  • FIGS. 7 to 9 show an insert 26c, which is formed substantially in the form of a circular disk with an approximately rectangular half-section 35.
  • the insert 26c has the hydraulic connection 24c, which opens into the pressure chamber 16 and acts on the pin 19 in the opposite end region.
  • the insert 26c completely surrounds the front portion 21 of the pin 19 in the locking operative position.
  • the insert 26c may have a depression or recess 37 in the region of the outer circumferential surface 36, which engages in a corresponding lug of the driven element 11 for preventing rotation of the insert 26c and / or for guaranteeing faultless installation of the insert 26c.
  • FIGS. 10 and 11 show the application of the pin 19 with a hydraulic means via a central bore 38 of the camshaft adjuster 1 and a radially oriented side channel 39 which connects the bore 38 hydraulically with the end face of the pin 19.
  • the output element 11 is preferably a metal component. It is beneficial to use a material which has a lower coefficient of expansion than the plastic used. By means of such a material, in particular in the case of a plastic unit consisting of a drive wheel, a stator, a cover in the shape of the lateral leg 5, favorable compressive internal stresses are obtained at higher operating temperatures in the transition region between the stator and the cover. This is important because plastics allow only very low tensile strength compared to compressive strength, especially when using a thermoset. You can feel that way make use of apparently negative coefficients of expansion.
  • the compressive residual stresses can be generated by a distortion of the components during assembly.
  • the insert is preferably made of a steel part, a sintered part, a hard metal part or a ceramic component.
  • the insert is formed as a circular disk, it is possible that this is pulled over the central screw of the camshaft adjuster or via another connecting element such as a screw on the plastic part.
  • This application is suitable for high loads and uses for uniform load application of the locking element, the contact surface and the coefficient of friction between plastic and insert. The efficiency of this combination is enhanced by the bond between screw plug and connector and insert, in which the plastic is sandwiched between the two friction partners.

Abstract

The invention relates to a locking unit of a camshaft adjuster (1) for an internal combustion engine, in which a locking pin (19) establishes a positive connection between an input element and an output element of the camshaft adjuster (1). The input element and/or the output element are formed by means of a plastic part. An insert (26) against which the locking pin (19) rests and which is supported relative to the plastic part in the area of an inner or outer contour is inserted into said plastic part. Providing large-area support of the contours makes it possible to use plastic as a material in spite of the great stress that occurs, particular attention being paid to a good introduction of force into the plastic part.

Description

Die Erfindu*ng betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine. Derartige Nockenwellenversteller werden eingesetzt, um die relative Winkellage zwischen einem Antriebselement wie einem Antriebsrad, welches über ein Zugmittel wie eine Kette oder ein Riemen in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine steht, und einem eine Nockenwelle antreibenden Abtriebselement zu verstellen. Hierdurch können, beispielsweise für eine Verbesserung der Emissionswerte, des Kraftstoffverbrauchs und des Leistungsprofils, Steuerzeiten von Ventilbewegungen der Brennkraftmaschine verändert werden. Derartige Nockenwellenversteller besitzen eine Verriegelungseinheit mit einem Verriegelungselement, welches in einer verriegelnden Betriebsstellung eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement herstellt. Hierdurch kann in Teilbetriebsbereichen der Brennkraftmaschine, beispielsweise während eines Starts der Brennkraftmaschine oder eines hydraulischen Druckabfalls oder konstanter Leistungsanforderung, ein Stellwinkel des Nockenwellenverstellers festlegt werden.The invention relates to a camshaft adjuster for an internal combustion engine. Such camshaft adjusters are used to adjust the relative angular position between a drive element such as a drive wheel, which is connected via a traction means such as a chain or a belt in drive connection with a crankshaft of the internal combustion engine, and an output member driving a camshaft. In this way, for example, for an improvement of the emission values, the fuel consumption and the power profile, control times of valve movements of the internal combustion engine can be changed. Such camshaft adjusters have a locking unit with a locking element, which produces a positive connection between the drive element and the output element in an interlocking operating position. As a result, an adjustment angle of the camshaft adjuster can be defined in partial operating ranges of the internal combustion engine, for example during a start of the internal combustion engine or a hydraulic pressure drop or constant power requirement.

Beispielsweise kann es allerdings aufgrund von Motorstillstandszeiten dazu kommen, dass der Nockenwellenversteller nicht mehr vollkommen mit Öl gefüllt ist. Nach dem Neustart der Brennkraftmaschine dauert es u. U. einige Sekunden, bis der Versteller wieder voll mit Öl gefüllt ist. In dieser Übergangszeit kann es ohne Verriegelungseinheit zu Regelproblemen des Phasenbezugs zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle kommen. Dies kann verschlechterte Abgaswerte und/oder Leistungswerte hervorrufen und negative Auswirkungen auf die Lebensdauer und Geräuschentwicklung haben.For example, it may happen due to engine downtime that the camshaft adjuster is no longer completely filled with oil. After the restart of the engine it takes u. U. for a few seconds, until the adjuster is fully filled with oil again. In this transitional period, there may be problems of the phase reference between the crankshaft and the camshaft without a locking unit. This can cause degraded exhaust levels and / or power levels and have a negative impact on life and noise.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Aus der Druckschrift DE 197 55 497 A1 ist ein Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise bekannt, bei dem das Antriebselement fest mit dem Antriebsrad verbunden ist, während das Abtriebselement fest mit der Nockenwelle verbunden ist. Das Abtriebselement trägt einen Kolben, der einseitig von einer Feder beaufschlagt ist und in entgegengesetzter Richtung hydraulisch beaufschlagt ist. Bei einem Abfall des Hydraulikdruckes unter einen durch die Feder vorgegebenen Schwellwert bewegt die Feder den Kolben in Richtung des Antriebselements, so dass der Kolben mit einem Vorsprung in Umfangsrichtung formschlüssig in eine korrespondierende Vertiefung des Antriebselements eintritt, wodurch eine Verriegelungswirkung erzielt wird. Die Stellbewegung ist hierbei in axialer Richtung des Nockenwellenverstellers orientiert.From the publication DE 197 55 497 A1 is a vane-type camshaft position, in which the drive element is fixedly connected to the drive wheel, while the output element is fixedly connected to the camshaft. The output element carries a piston which is biased on one side by a spring and is acted upon hydraulically in the opposite direction. When the hydraulic pressure falls below a threshold value set by the spring, the spring moves the piston in the direction of the drive element, so that the piston with a projection in the circumferential direction positively enters a corresponding recess of the drive element, whereby a locking effect is achieved. The adjusting movement is oriented here in the axial direction of the camshaft adjuster.

Aus der Druckschrift DE 199 83 890 T1 ist ein Arretiermechanismus bekannt, mit dem eine Rotationsbewegung eines Abtriebselements relativ zu einem Antriebselement begrenzt werden kann. Bei diesem Arretiermechanismus erfolgt eine radiale Bewegung eines Sperrelements.From the publication DE 199 83 890 T1 a locking mechanism is known with which a rotational movement of an output element relative to a drive element can be limited. In this locking mechanism, a radial movement of a locking element takes place.

Aus der Druckschrift DE 197 24 989 A1 ist eine Bauform eines Nockenwellenverstellers bekannt, bei der das Antriebselement eine äußere Schrägverzahnung sowie das Abtriebselement eine innere Schrägverzahnung aufweist und ein nach Maßgabe einer hydraulischen Beaufschlagung axial verschiebliches Stellelement mit den beiden vorgenannten Schrägverzahnungen zur Erzeugung einer Stellbewegung in Eingriff steht. Das Abtriebselement trägt einen axial verschieblichen, federbelasteten Hydraulikkolben, welcher eine Stirnverzahnung aufweist, die in der verriegelnden Betriebsstellung in axialer Richtung in eine korrespondierende Verzahnung des Abtriebselements eingebracht wird.From the publication DE 197 24 989 A1 is a design of a camshaft adjuster known in which the drive element has an external helical gear and the output element has an internal helical gearing and in accordance with a hydraulic loading axially displaceable actuator with the two aforementioned helical gears for generating an actuating movement is engaged. The output element carries an axially displaceable, spring-loaded hydraulic piston, which has a spur toothing, which is introduced in the locking operating position in the axial direction in a corresponding toothing of the output element.

In einer alternativen Ausführungsform der Druckschrift DE 195 41 769 erfolgt eine Arretierung nicht zwischen Antriebsrad und Nockenwelle, sondern vielmehr zwischen dem vorgenannten Stellelement, welches in diesem Fall das Abtriebselement im Sinne der Erfindung bildet, und dem drehfest mit dem Antriebsrad verbundenen Antriebselement. Bei dieser Arretierung weist das Stellelement einen radial hydraulisch verlagerbaren Vorsprung auf, der in eine korrespondierende Vertiefung des Antriebselements eintreten kann.In an alternative embodiment of the document DE 195 41 769 a lock is not between the drive wheel and camshaft, but rather between the aforementioned actuator, which forms the output element in this case in the context of the invention, and the rotationally fixed to the drive wheel connected drive element. In this locking, the actuating element has a radially hydraulically displaceable projection which can enter into a corresponding recess of the drive element.

Aus der Druckschrift DE 196 23 818 A1 ist ein Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise bekannt, bei dem in einem mit dem Antriebselement gebildeten Flügel ein Verriegelungsstift axial verschieblich, federbelastet und hydraulisch in axialer Richtung beaufschlagbar ist. In der verriegelnden Betriebsstellung tritt das als Verriegelungsstift ausgebildete Verriegelungselement in axialer Richtung mit einem Konus in eine entsprechende Ausnehmung des Abtriebselements ein. Zwischen Antriebselement und Verriegelungselement ist lose ein Führungsring zwischengeschaltet, der die Führungs- und Gleiteigenschaften zwischen Verriegelungselement und Antriebselement beeinflussen soll.From the publication DE 196 23 818 A1 is a camshaft phaser in vane-type construction, in which in a wing formed with the drive element, a locking pin axially displaceable, spring-loaded and hydraulically acted upon in the axial direction. In the locking operating position, the locking element formed as a locking pin occurs in the axial direction with a cone in a corresponding recess of the output element. Between the drive element and locking element is loosely interposed a guide ring which is intended to influence the guiding and sliding properties between the locking element and the drive element.

Weiterer Stand der Technik hinsichtlich Verriegelungseinheiten ist beispielsweise aus den Druckschriften DE 196 30 662 A1 , DE 197 00 866 A1 , DE 197 23 945 A1 , DE 197 16 203 A1 , DE 197 00 866 A1 , DE 100 36 546 A1 , DE 199 61 193 A1 , DE 100 39 923 A1 , DE 100 31 974 A1 und DE 100 55 334 C2 bekannt.Further prior art with regard to locking units is for example from the documents DE 196 30 662 A1 . DE 197 00 866 A1 . DE 197 23 945 A1 . DE 197 16 203 A1 . DE 197 00 866 A1 . DE 100 36 546 A1 . DE 199 61 193 A1 . DE 100 39 923 A1 . DE 100 31 974 A1 and DE 100 55 334 C2 known.

Aus der Druckschrift WO 03/076771 A1 ist es bekannt, Bauteile des Nockenwellenverstellers aus einem hochbelastbaren, nichtmetallischen Werkstoff mit wenigstens einem hochbelastbaren Kunststoff herzustellen, wodurch Kostenvorteile und energetische Vorteile bei der Herstellung erzielt werden sollen. Die hochbelastbaren nichtmetallischen Werkstoffe sollen für Teile des Stellaggregates, ein Antriebsrad, einen Stator, Abdeckungen, Dichtringe aus einem Teil oder integral gefertigt werden. Insertteile wie Schrauben, Muttern, Buchsen und Dichtungen u. dgl. können in den hochbelastbaren Kunststoff eingespritzt werden, wobei auch Gewinde unmittelbar in den Kunststoff geschnitten oder gespritzt werden sollen.From the publication WO 03/076771 A1 It is known to produce components of the camshaft adjuster made of a heavy-duty, non-metallic material with at least one heavy duty plastic, which cost advantages and energy advantages in the production to be achieved. The heavy-duty non-metallic materials are to be manufactured for parts of the control unit, a drive wheel, a stator, covers, sealing rings from one part or integrally. Insert parts such as screws, nuts, bushings and seals u. Like. Can be injected into the heavy-duty plastic, which also thread should be cut or injected directly into the plastic.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller vorzuschlagen, der hinsichtlich

  • der Herstellungskosten,
  • des Gewichts,
  • des eingesetzten Materials,
  • des Massenträgheitsmoments,
  • der (Dauer-)Festigkeit,
  • der Übertragungssteifigkeit und/oder
  • der Montage
verbessert ist.The invention has for its object to propose a camshaft adjuster, with respect to
  • the production costs,
  • of weight,
  • the material used,
  • the moment of inertia,
  • the (permanent) strength,
  • the transmission stiffness and / or
  • the assembly
is improved.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2-8.According to the invention the object is solved by the features of independent claim 1. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims 2-8.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass - beispielsweise entsprechend der Druckschrift WO 03/076771 A1 - der Einsatz eines Kunststoffteils für das Antriebselement und/oder das Abtriebselement vorteilhaft ist. Allerdings finden gemäß dem Stand der Technik derartige Kunststoffteile ausschließlich Einsatz für Nockenwellenversteller, welche keine Verriegelungseinheit aufweisen. Derartige bekannte, nicht verriegelbare Nockenwellenversteller mit Kunststoffteilen beruhen auf dem Vorurteil der Fachwelt, dass die im Bereich einer Verriegelungseinheit auftretenden Kräfte von einem Kunststoffteil nicht aufgenommen werden können, da diese, beispielsweise infolge überhöhter Flächenpressungen oder Beanspruchungen, zu Rissen in dem Kunststoffteil oder einem Versagen desselben führen können. Hierbei ist zu beachten, dass die Kunststoffteile die erforderlichen mechanischen Eigenschaften in einem breiten Temperaturbereich aufweisen müssen. Für eine Verriegelungseinheit ist eine Reduzierung auftretender Beanspruchungen und Flächenpressungen nicht oder nur erschwert dadurch möglich, dass die Kontaktflächen zwischen Verriegelungselement und Antriebselement oder Abtriebselement vergrößert werden, da die Verriegelungseinheit und das Verriegelungselement relativ kleine Dimensionen aufweisen sollen, damit sich ein kompakt bauender Nockenwellenversteller ergibt.The present invention is based on the finding that - for example, according to the document WO 03/076771 A1 - The use of a plastic part for the drive element and / or the output element is advantageous. However, according to the prior art, such plastic parts are used exclusively for camshaft adjusters which have no locking unit. Such known non-lockable camshaft adjusters with plastic parts are based on the prejudice of the experts that the forces occurring in the region of a locking unit can not be absorbed by a plastic part, as these, for example due to excessive surface pressures or stresses, to cracks in the plastic part or a failure of the same being able to lead. It should be noted that the plastic parts must have the required mechanical properties in a wide temperature range. For a locking unit is a reduction occurring stresses and surface pressures not or only made possible by the fact that the contact surfaces between locking element and drive element or driven element are increased, since the locking unit and the locking element should have relatively small dimensions, thus resulting in a compact-build camshaft adjuster.

Die der Erfindung zugrunde liegende Lösung beruht auf dem Einsatz mindestens eines Inserts, an dem das Verriegelungselement in der verriegelnden Betriebsstellung zumindest in eine Stellrichtung formschlüssig zur Anlage kommt. Damit kann für das Insert, welches die Kontaktfläche mit dem Verriegelungselement ausbildet, gezielt ein geeignetes Material ausgewählt werden, beispielsweise ein Eisen, Stahl, Aluminium oder ein hochfester Kunststoff. Das Insert kann im Bereich der genannten Kontaktflächen mit geeigneten Bearbeitungsverfahren auf die erforderliche Beanspruchung vorbereitet werden. Damit kann das Insert optimal auf den Kontakt und die Übertragung der Verriegelungskraft zwischen Verriegelungselement und Insert vorbereitet werden. Des Weiteren kann im Bereich einer Außenfläche des Inserts eine Übertragung der Verriegelungskraft auf das Kunststoffteil erfolgen. Hierbei kann die Außenfläche des Inserts beliebig gestaltet werden, um eine optimale Übertragung der Verriegelungskraft zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Außenfläche nahezu beliebig vergrößert werden, so dass sich eine Kontaktfläche zwischen Insert und Kunststoffteil vergrößert. Des Weiteren kann die Kontur der Außenfläche geeignet für die Übertragung der Verriegelungskraft gestaltet werden.The solution on which the invention is based is based on the use of at least one insert, on which the locking element comes into positive contact with the locking operating position at least in a direction of adjustment. Thus, for the insert, which forms the contact surface with the locking element, specifically a suitable material can be selected, for example an iron, steel, aluminum or a high-strength plastic. The insert can be prepared for the required stress in the area of the mentioned contact surfaces with suitable machining methods. Thus, the insert can be optimally prepared for the contact and the transmission of the locking force between locking element and insert. Furthermore, in the region of an outer surface of the insert, the locking force can be transmitted to the plastic part. In this case, the outer surface of the insert can be designed arbitrarily in order to ensure optimum transmission of the locking force. For example, the outer surface can be increased almost arbitrarily, so that increases a contact area between the insert and plastic part. Furthermore, the contour of the outer surface can be made suitable for the transmission of the locking force.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebselement handelt es sich um ein Bauelement des Nockenwellenverstellers, dessen Bewegung mit der Antriebsbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine korreliert, während die Bewegung des Abtriebselements mit der Bewegung der Nockenwelle der Brennkraftmaschine korreliert. Hierbei können Antriebs- und/oder Abtriebselement fest mit dem Antriebsrad bzw. der Nockenwelle des Nockenwellenverstellers verbunden sein und damit dieselben Drehwinkelbewegungen ausführen wie das Antriebsrad bzw. die Nockenwelle. Alternativ können Antriebs- und/oder Abtriebselement mit dem Antriebsrad bzw. der Nockenwelle über eine getriebliche Verbindung mit einer geeigneten Über- oder Untersetzung verbunden sein. Im Zuge einer Stellbewegung des Nockenwellenverstellers wird die relative Winkellage zwischen Antriebselement und Abtriebselement verändert.The drive element according to the invention is a component of the camshaft adjuster whose movement correlates with the drive movement of the crankshaft of the internal combustion engine, while the movement of the output element correlates with the movement of the camshaft of the internal combustion engine. Here, drive and / or output element can be firmly connected to the drive wheel or the camshaft of the camshaft adjuster and thus perform the same rotational angular movements as the drive wheel or the camshaft. Alternatively, drive and / or Output element to be connected to the drive wheel or the camshaft via a geared connection with a suitable transmission or reduction. In the course of an adjusting movement of the camshaft adjuster, the relative angular position between the drive element and output element is changed.

Die erfindungsgemäße Verriegelungseinheit kann in ihrer verriegelnden Betriebsstellung Antriebs- und Abtriebselement in beide Stellrichtungen vollständig festsetzen, ein Spiel vorgeben, eine Festlegung lediglich in eine Stellrichtung bewerkstelligen oder aber einen Anschlag für eine Begrenzung einer Stellbewegung darstellen.The locking unit according to the invention can completely set in its locking operating position drive and driven element in both directions, specify a game, accomplish a determination only in a direction of adjustment or represent a stop for limiting an actuating movement.

Eine verbesserte Anbindung und Übertragung der Verriegelungskraft ergibt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wenn das Insert eine vergrößerte Erstreckung in Richtung der Verriegelungskraft besitzt, wobei dieses eine geradlinige Erstreckung sein kann oder eine Erstreckung in eine Umfangsrichtung des Nockenwellenverstellers. Auf diese Weise kann die Übertragungslänge sowie die Übertragungsfläche der Verriegelungskraft vergrößert werden, ohne dass hierfür ein besonderer Einbauraum quer zur Verriegelungskraft erforderlich ist. Unter einer vergrößerten Erstreckung wird beispielsweise in diesem Sinne eine Erstreckung verstanden, die länger ist als der Durchmesser oder eine Quererstreckung des Verriegelungselements oder eine Dimension einer Kontaktfläche zwischen Verriegelungselement und Insert. Die vergrößerte Erstreckung beträgt insbesondere mindestens das doppelte, dreifache oder vierfache der Quererstreckung des Verriegelungselementes bzw. dessen Durchmessers.An improved connection and transmission of the locking force results according to a further embodiment of the camshaft adjuster according to the invention, when the insert has an enlarged extension in the direction of the locking force, which may be a rectilinear extent or an extension in a circumferential direction of the camshaft adjuster. In this way, the transmission length and the transfer surface of the locking force can be increased without requiring a special installation space is required transversely to the locking force. By an enlarged extent, for example, an extension is understood in this sense, which is longer than the diameter or a transverse extent of the locking element or a dimension of a contact surface between locking element and insert. The enlarged extent is in particular at least twice, three times or four times the transverse extent of the locking element or its diameter.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung überträgt das Insert die Verriegelungskraft zumindest teilweise reibschlüssig auf das Kunststoffteil. Eine Normalkraft für einen derartigen Reibschluss kann beispielsweise durch ein Einpressen des Inserts in das Kunststoffteil, insbesondere unter radialer Komprimierung, über eine Querschnittsaufweitung infolge der auftretenden Verriegelungskraft, einer elastischen Verformung von Insert oder Kunststoffteil für das Einsetzen des Inserts in das Kunststoffteil und/oder eine Bewegung des Nockenwellenverstellers erzeugt werden. Ebenfalls denkbar ist, dass das Insert über ein Spann- oder Befestigungselement, wie beispielsweise die zentrale Schraube zur Herstellung einer Verbindung des Nockenwellenverstellers mit der Nockenwelle, gegen das Kunststoffteil gespannt wird, wodurch die Normalkraft des Reibschlusses vorgegeben ist. Ein derartiger Reibschluss hat beispielsweise Vorteile bei einer Montage, da die Verriegelungsstellung während der Montage feinfühlig einstellbar ist.According to a further proposal of the invention, the insert transmits the locking force at least partially frictionally on the plastic part. A normal force for such a frictional connection can be achieved, for example, by pressing the insert into the plastic part, in particular under radial compression, via a cross-sectional widening as a result of the locking force occurring, an elastic deformation of insert or plastic part for insertion of the insert into the plastic part and / or movement of the camshaft adjuster be generated. It is also conceivable that the insert via a clamping or fastening element, such as the central screw for producing a compound of the camshaft adjuster with the camshaft, is clamped against the plastic part, whereby the normal force of the frictional engagement is specified. Such a friction, for example, has advantages in a mounting, since the locking position is sensitively adjustable during assembly.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Insert die Verriegelungskraft zumindest teilweise formschlüssig auf das Kunststoffteil überträgt. Durch eine derartige formschlüssige Verbindung kann zunächst die relative Lage des Inserts gegenüber dem Kunststoffteil bereits konstruktiv vorgegeben werden, wodurch feinfühlige Einstellarbeiten während einer Montage vermieden werden können. Weiterhin stellt eine formschlüssige Übertragung der Verriegelungskraft zwischen Insert und Kunststoffteil eine besonders steife, u. U. spielfreie und zuverlässige Übertragung der Verriegelungskraft sicher.Alternatively or additionally, it is possible that the insert transmits the locking force at least partially positively to the plastic part. By means of such a positive connection, the relative position of the insert with respect to the plastic part can first of all be determined constructively, whereby sensitive adjustments during assembly can be avoided. Furthermore, a positive transmission of the locking force between the insert and plastic part a particularly stiff, u. U. safe and reliable transmission of the locking force safe.

Das Insert kann lösbar mit dem Kunststoffteil zu einem Antriebs- oder Abtriebselement verbunden sein. Ein integrales Antriebs- oder Abtriebselement kann dadurch gebildet werden, dass das Insert und das Kunststoffteil stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Der Stoffschluss kann in Form eines Klebstoffes erzeugt werden. Alternativ kann das Kunststoffteil auf das Insert aufgespritzt werden, wodurch ein kostengünstiges und einfaches Herstellungsverfahren gegeben ist bei gleichzeitig guter Anbindung zwischen Insert und Kunststoffteil.The insert may be releasably connected to the plastic part to a drive or driven element. An integral drive or driven element can be formed in that the insert and the plastic part are materially connected to one another. The material bond can be produced in the form of an adhesive. Alternatively, the plastic part can be sprayed onto the insert, whereby a cost-effective and simple manufacturing process is given at the same time good connection between the insert and plastic part.

Vorzugsweise weist das Insert äußere Verzahnungen, Vorsprünge, Rippen oder Ausnehmungen auf, die formschlüssig in korrespondierende Gegenverzahnungen, Vorsprünge, Rippen oder Ausnehmungen des Kunststoffteils eintreten. Hierdurch werden Kraftübertragungsflächen geschaffen, die vorzugsweise quer zur Richtung der Verriegelungskraft orientiert sind und eine gute Kraftübertragung mit niedrigen Flächenpressungen gewährleisten. Für den Fall, dass das Insert eine große Erstreckung in Richtung der Verriegelungskraft bzw. Umfangsrichtung aufweist, können bei kompakter Bauweise mehrere Zähne der Verzahnungen, Vorsprünge, Rippen oder Ausnehmungen in Richtung der Verriegelungskraft hintereinander geschaltet angeordnet werden.Preferably, the insert has outer teeth, projections, ribs or recesses, which positively enter into corresponding counter teeth, projections, ribs or recesses of the plastic part. As a result, power transmission surfaces are created, which are preferably oriented transversely to the direction of the locking force and ensure good power transmission with low surface pressures. In the event that the insert has a large extension in the direction of the locking force or circumferential direction, in a compact design several Teeth of the teeth, projections, ribs or recesses are arranged in the direction of the locking force connected in series.

Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn sich das Insert über einen Umfangswinkel von 50° bis 300° erstreckt. Hierdurch können die Wirkflächen von formschlüssigen Verbindungen weiter vergrößert werden und/oder die Fläche von reibschlüssigen Kontakten kann über den Umfangswinkel erstreckt werden. Für derart große Umfangswinkel und eine Ausbildung des Inserts und des Kunststoffteils mit korrespondierenden Verzahnungen liegt grundsätzlich eine Verzahnung des Inserts zunächst infolge der endlichen Fertigungsgenauigkeiten lediglich im Bereich eines Zahns oder weniger Zähne an der entsprechenden Gegenverzahnung des Kunststoffteiles an. Der Erfindung liegt diesbezüglich die Erkenntnis zugrunde, dass Kunststoff einen relativ niedrigen E-Modul aufweist, so dass mit einer auch nur geringfügigen Verriegelungskraft die Zahl der kontaktierenden Zähne ansteigt, so dass die Kraft auf eine große Kontaktfläche und viele Zähne aufgeteilt wird, wodurch die Lebenserwartung der Verzahnung aus Kunststoff deutlich erhöht werden kann. Für eine Ausbildung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen Insert und Kunststoffteil kann die übertragbare Reibkraft nach Maßgabe des Umschlingungswinkels und der elastischen Verformung des Inserts signifikant vergrößert werden.It may also be advantageous if the insert extends over a circumferential angle of 50 ° to 300 °. In this way, the active surfaces of positive connections can be further increased and / or the surface of frictional contacts can be extended over the circumferential angle. For such large circumferential angle and a design of the insert and the plastic part with corresponding teeth is in principle a toothing of the insert initially due to the finite manufacturing accuracies only in the range of one tooth or fewer teeth on the corresponding counter-toothing of the plastic part. The invention is in this respect based on the finding that plastic has a relatively low modulus of elasticity, so that with a small locking force, the number of contacting teeth increases, so that the force is divided over a large contact area and many teeth, which increases the life expectancy the teeth of plastic can be significantly increased. For a formation of a frictional connection between the insert and the plastic part, the transmittable frictional force can be significantly increased in accordance with the angle of wrap and the elastic deformation of the insert.

Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist das Insert als Kreisringscheibe ausgebildet, die für sich genommen bereits eine steife, geschlossene Ringstruktur darstellt. Die Kreisringscheibe weist einen axialen oder radialen Vorsprung, eine Verzahnung o. ä. oder eine Vertiefung auf, die zumindest in eine Umfangsrichtung formschlüssig mit einem Vorsprung oder einer entsprechenden Vertiefung des Kunststoffteils zusammenwirkt. Durch die formschlüssige Verbindung kann zunächst die Montage des Inserts gegenüber dem Kunststoffteil vorgegeben werden, so dass eine Fehlmontage ausgeschlossen ist. Weiterhin wird durch den Kontakt zwischen Vorsprung und Vertiefung eine zuverlässige Übertragung der Verriegelungskraft gewährleistet. Von dieser Ausgestaltung ist ebenfalls eine unrunde Außengeometrie des kreisringscheibenförmigen Inserts umfasst, die in eine korrespondierende Innengeometrie des Kunststoffteils einsetzbar ist.According to a particular proposal of the invention, the insert is formed as a circular disk, which in itself is already a rigid, closed ring structure. The annular disc has an axial or radial projection, a toothing o. Ä. Or a recess which cooperates positively at least in a circumferential direction with a projection or a corresponding recess of the plastic part. Due to the positive connection, firstly the assembly of the insert with respect to the plastic part can be predetermined, so that incorrect assembly is ruled out. Furthermore, a reliable transmission of the locking force is ensured by the contact between the projection and the recess. Of this embodiment is also a non-circular outer geometry of the annular disc-shaped Inserts, which can be used in a corresponding internal geometry of the plastic part.

Bei dem Kunststoff kann es sich beispielsweise um einen Duroplast handeln. Allerdings st auch der Einsatz anderer Kunststoffarten denkbar.The plastic may be, for example, a thermoset. However, the use of other types of plastic is also conceivable.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1
einen Nockenwellenversteller gemäß dem Stand der Technik in einem Längsschnitt;
Figur 2
einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einem In- sert in einem Querschnitt;
Figur 3
das Insert des Nockenwellenverstellers gemäß Figur 2;
Figur 4
eine alternative Ausgestaltung eines Inserts für einen erfindungs- gemäßen Nockenwellenversteller;
Figur 5
einen Nockenwellenversteller mit einer weiteren Ausführungsform eines Inserts, welches sich über einen Umfangswinkel von unge- fähr 270° erstreckt;
Figur 6
das Insert des Nockenwellenverstellers gemäß Figur 5;
Figur 7
einen Nockenwellenversteller mit einem kreisringscheibenförmi- gen Insert im Querschnitt;
Figur 8
den Nockenwellenversteller gemäß Figur 7 im Halbschnitt in räumlicher Darstellung;
Figur 9
das kreisringscheibenförmige Insert gemäß Figuren 7 und 8 in räumlicher Darstellung;
Figur 10
einen geschnittenen Nockenwellenversteller in räumlicher Dar- stellung und
Figur 11
den Nockenwellenversteller gemäß Figur 10 in einem Halbquer- schnitt.
Further features of the invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings in which embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
FIG. 1
a phaser according to the prior art in a longitudinal section;
FIG. 2
a camshaft adjuster according to the invention with an insert in a cross section;
FIG. 3
the insert of the camshaft adjuster according to FIG. 2 ;
FIG. 4
an alternative embodiment of an insert for a camshaft adjuster according to the invention;
FIG. 5
a camshaft adjuster with a further embodiment of an insert, which extends over a circumferential angle of approximately 270 °;
FIG. 6
the insert of the camshaft adjuster according to FIG. 5 ;
FIG. 7
a camshaft adjuster with a circular ring-shaped insert in cross section;
FIG. 8
the camshaft adjuster according to FIG. 7 in half section in spatial representation;
FIG. 9
the circular ring-shaped insert according to FIGS. 7 and 8 in spatial representation;
FIG. 10
a sectional camshaft adjuster in spatial representation and
FIG. 11
the camshaft adjuster according to FIG. 10 in a half-section.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller in beliebiger Bauart, beispielsweise in Flügelzellenbauart, Axialkolbenbauart oder mit einem Dreiwellengetriebe bzw. als Exzentergetriebe, wobei die Stellbewegung vorzugsweise auf Basis eines hydraulischen Stellaggregates oder eines elektrischen Stellaggregates herbeigeführt wird. In den Figuren wird lediglich beispielhaft ein Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise dargestellt.The invention relates to a camshaft adjuster of any type, for example in vane type, axial piston or with a three-shaft or as an eccentric, wherein the adjusting movement is preferably brought about on the basis of a hydraulic actuator or an electric actuator. In the figures, a camshaft adjuster in vane-type construction is shown by way of example only.

Ein Nockenwellenversteller 1 besitzt ein Antriebsrad 2, welches über ein Zugmittel in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine steht. Ein Gehäuse 3 des Nockenwellenverstellers 1 ist fest an das Antriebsrad 2 angebunden und besitzt im Wesentlichen einen U-förmigen Halbquerschnitt mit einem Grundschenkel 4, der eine radial nach außen geschlossene Mantelfläche bildet sowie zwei parallele, sich von dem Grundschenkel 4 radial nach innen erstreckende Seitenschenkel 5, 6. Radial innenliegend sind in dem Gehäuse 3 mit dem U-förmigen Halbquerschnitt Kammern 7 gebildet, die in Umfangsrichtung durch radial nach innen ragende Fortsätze oder Flügel 8 des Gehäuses 3 begrenzt sind, radial nach außen durch den Grundschenkel 4 sowie in axialer Richtung 10-10 durch die Seitenschenkel 5, 6. Der Seitenschenkel 5 bzw. das Gehäuse 3 mit dem starr mit diesem verbundenen Antriebsrad 2 bildet ein Antriebselement 9.A camshaft adjuster 1 has a drive wheel 2, which is connected via a traction means in drive connection with a crankshaft of an internal combustion engine. A housing 3 of the camshaft adjuster 1 is firmly connected to the drive wheel 2 and has a substantially U-shaped half cross section with a base leg 4, which forms a radially outwardly closed lateral surface and two parallel, extending from the base leg 4 radially inwardly extending side legs. 5 6. Radially inwardly formed in the housing 3 with the U-shaped half-section chambers 7, which are bounded in the circumferential direction by radially inwardly projecting extensions or wings 8 of the housing 3, radially outwardly through the base leg 4 and in the axial direction 10th -10 through the side legs 5, 6. The side legs 5 or the housing 3 with the rigidly connected to this drive wheel 2 forms a drive element. 9

Relativ zu dem Antriebselement 9 ist in dem Gehäuse 3 um eine Längsachse 10-10 begrenzt verdrehbar ein Abtriebselement 11 gelagert. Das Abtriebselement 11 ist durch eine zentrische, axial orientierte Bohrung 12 mit einer Nockenwelle, die Einlass- und/oder Auslassventilen zugeordnet ist, verbunden. Das Abtriebselement 11 besitzt einen zylinderförmigen Grundkörper 13, von dem sich radial nach außen in die Kammern 7 Flügel 14 erstrecken. In Umfangsrichtung beidseits der Flügel 14 sind Druckkammern 15, 16 gebildet, die jeweils unterschiedlichen Stellrichtungen des Nockenwellenverstellers zugeordnet sind. Die Druckkammern 15, 16 sind in axialer Richtung durch die Seitenschenkel 5, 6 geschlossen und in dem in Figur 2 dargestellten Querschnitt durch die mit dem Grundschenkel 4 gebildete Innenfläche des Gehäuses, die äußere Mantelfläche des Grundkörpers 13, den Flügel 14 sowie den Flügel 8. Das Volumen der Druckkammern 15, 16 ist im Zuge der Stellbewegung des Nockenwellenverstellers 1 dadurch veränderlich, dass sich der Abstand der Flügel 8, 14 in Umfangsrichtung verändert.Relative to the drive element 9, an output element 11 is rotatably mounted in the housing 3 so as to be limited in terms of rotation about a longitudinal axis 10-10. The output member 11 is connected through a central, axially oriented bore 12 with a camshaft associated with intake and / or exhaust valves. The output element 11 has a cylindrical base body 13, from which radially outwardly into the chambers 7 wings 14 extend. In the circumferential direction on both sides of the wing 14 pressure chambers 15, 16 are formed, which are each assigned to different actuating directions of the camshaft adjuster. The pressure chambers 15, 16 are closed in the axial direction by the side legs 5, 6 and in the in FIG. 2 represented cross section through the inner surface of the housing formed with the base leg 4, the outer surface of the base body 13, the wing 14 and the wing 8. The volume of the pressure chambers 15, 16 is characterized in the course of the adjusting movement of the camshaft adjuster 1 characterized variable that the distance the wings 8, 14 changed in the circumferential direction.

Figur 1 zeigt eine Verriegelungseinheit 17, die in der dargestellten verriegelnden Betriebsstellung die relative Drehwinkellage zwischen Antriebselement 9 und Abtriebselement 11 um die Längsachse 10-10 verriegelt oder festlegt. Hierzu besitzt die Verriegelungseinheit 17 ein Verriegelungselement 18, welches im vorliegenden Fall als Stift 19 ausgebildet ist. Der Stift 19 ist entlang einer Achse, die parallel zur Längsachse 10-10 orientiert ist, verschieblich in einer Bohrung 20 des Abtriebselements 11 geführt. Während in der nicht verriegelten Betriebsstellung der Verriegelungseinheit 17 der Stift vollständig in dem Abtriebselement angeordnet ist, ist in der in Figur 1 dargestellten verriegelnden Betriebsstellung der Stift 19 in axialer Richtung aus dem Abtriebselement 11 ausgefahren, so dass sich dieser mit einem vorderen Bereich 21 in eine korrespondierende Sacklochbohrung 22 des Antriebselements 9, insbesondere des Seitenschenkels 5, erstreckt. Die Bohrung 20 ist in dem der Sacklochbohrung 22 gegenüberliegenden Endbereich verschlossen. Der Stift 19 besitzt eine zentrische Bohrung 23, die sich von dem der Sacklochbohrung 22 gegenüberliegenden Ende des Stifts 19 zentrisch in diesen erstreckt. FIG. 1 shows a locking unit 17 which locks in the illustrated locking operating position, the relative rotational angular position between the drive element 9 and driven element 11 about the longitudinal axis 10-10 or sets. For this purpose, the locking unit 17 has a locking element 18, which is designed as a pin 19 in the present case. The pin 19 is guided along an axis which is oriented parallel to the longitudinal axis 10-10, displaceably in a bore 20 of the driven element 11. While in the unlocked operating position of the locking unit 17, the pin is arranged completely in the driven element, in the in FIG. 1 illustrated locking operating position of the pin 19 is extended in the axial direction of the output member 11 so that it extends with a front portion 21 in a corresponding blind hole 22 of the drive element 9, in particular of the side leg 5. The bore 20 is closed in the blind hole 22 opposite end region. The pin 19 has a central bore 23 which extends from the blind hole 22 opposite end of the pin 19 centrally in this.

Über eine hydraulische Verbindung 24 ist eine Druckkammer 16 hydraulisch mit der Stirnfläche des vorderen Bereichs 21 des Stifts 19 verbunden, so dass ein hydraulischer Druck in der Druckkammer 16 den Stift 19 in Richtung der nicht verriegelnden Betriebsstellung beaufschlagt. In der Sacklochbohrung 23 des Stifts 19 erstreckt sich eine Druckfeder 25, die in einem Endbereich an dem Stift 19 abgestützt ist sowie in dem gegenüberliegenden Endbereich an dem Grund der Bohrung 20 abgestützt ist. Für einen Druckabfall in der Druckkammer 16 und damit der hydraulischen Verbindung sowie im Bereich der Stirnfläche des vorderen Bereichs 21 beaufschlagt die Druckfeder 25 den Stift 19 in Richtung der verriegelnden Betriebsstellung, in der der Stift 19 in die Sacklochbohrung 22 eintritt.Via a hydraulic connection 24, a pressure chamber 16 is hydraulically connected to the end face of the front portion 21 of the pin 19, so that a hydraulic pressure in the pressure chamber 16 acts on the pin 19 in the direction of the non-locking operating position. In the blind hole 23 of the pin 19 extends a compression spring 25 which is supported in an end region on the pin 19 and is supported in the opposite end region at the bottom of the bore 20. For a pressure drop in the pressure chamber 16 and thus the hydraulic connection and in the region of the end face of the front portion 21, the compression spring 25 acts on the pin 19 in the direction of the locking operating position in which the pin 19 enters the blind hole 22.

Weitere Details zur prinzipiellen Funktionsweise eines Nockenwellenverstellers 1 sind der Druckschrift WO 01/02703 A1 der Anmelderin zu entnehmen.Further details on the basic operation of a camshaft adjuster 1 are the document WO 01/02703 A1 to be taken from the applicant.

Gemäß Figur 2 ist in dem Antriebselement 9 ein Insert 26 angeordnet, in dieses eingebracht oder eingesteckt, welches im Detail in Figur 3 dargestellt ist.According to FIG. 2 an insert 26 is arranged in the drive element 9, inserted or inserted into this, which in detail in FIG. 3 is shown.

Das Insert 26 besitzt eine ungefähr kreisringsegmentförmige Geometrie mit einer kreissegmentförmigen bzw. teilzylinderförmigen Innenkontur 27, einer konzentrischen teilkreisförmigen bzw. teilzylinderförmigen Außenkontur 28 sowie radial orientierten bzw. quer zu den Konturen 27, 28 orientierte Stirnflächen 29, 30. Die Außenkontur 28 ist mit einer Verzahnung 31 versehen, die mit Zähnen mit einer beliebigen der an sich bekannten Zahngeometrien, hier Trapezzähnen, versehen ist. Das Insert 26 ist in Blickrichtung gemäß Figur 2 in das Abtriebselement 11 eingesetzt und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Längsachse 10-10. Für ein derartiges Einsetzen besitzt das Abtriebselement 11 eine Ausnehmung 33, deren Querschnitt korrespondierend zur Innenkontur 27, Außenkontur 28 und Stirnfläche 30 ausgebildet ist. Die Verzahnung 31 ist in Eingriff mit einer korrespondierenden Verzahnung des Abtriebselements 11. In Umfangsrichtung stützt sich das Verriegelungselement 18 an der Stirnfläche 29 des Inserts 26 ab, wobei die Mantelfläche des vorderen Bereichs 21 des Stiftes 19 zur Anlage an der Stirnfläche 30 kommt.The insert 26 has an approximately annular segment-shaped geometry with a circular segment-shaped or partially cylindrical inner contour 27, a concentric part-circular or partially cylindrical outer contour 28 and radially oriented or transverse to the contours 27, 28 oriented end faces 29, 30. The outer contour 28 is with a toothing 31 provided with teeth with any of the known tooth geometries, here Trapezzähnen provided. The insert 26 is in the viewing direction according to FIG. 2 inserted into the output element 11 and extends in the circumferential direction about the longitudinal axis 10-10. For such insertion, the output element 11 has a recess 33, whose cross section is formed corresponding to the inner contour 27, outer contour 28 and end face 30. The toothing 31 is in engagement with a corresponding toothing of the output element 11. In the circumferential direction, the locking element 18 is supported on the end face 29 of the insert 26, wherein the lateral surface of the front portion 21 of the pin 19 comes to rest against the end face 30.

Abweichend zu der Ausführungsform des Inserts 26 gemäß Figur 3 kann die Stirnfläche 29 zur Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem vorderen Bereich 21 entsprechend dem Verriegelungselement, bspw. gekrümmt, ausgebildet sein. Alternativ kann das Insert im Bereich der Stirnfläche über eine Bohrung vertikal zur Zeichenebene gemäß Figur 3 verfügen, so dass ein "Auge" gebildet ist, in welches der Stift 19 eintritt, so dass die Bohrung den Stift 19 vollständig umgibt und eine Kontaktfläche in mehrere Richtungen bereitstellt. Das Insert 26 ist in Umfangsrichtung gegenüberliegend zur hydraulischen Verbindung 24 angeordnet.Notwithstanding the embodiment of the insert 26 according to FIG. 3 the end face 29 can be designed to increase the contact surface with the front region 21 in accordance with the locking element, for example, curved. Alternatively, the insert in the area of the end face via a bore vertically to the plane according to FIG. 3 such that an "eye" is formed into which the pin 19 enters, so that the bore completely surrounds the pin 19 and provides a contact surface in several directions. The insert 26 is arranged in the circumferential direction opposite to the hydraulic connection 24.

Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Inserts 26a, für welche die Innenkontur 27 ebenfalls mit einer Verzahnung 32 versehen ist, die in Eingriff mit einer geeigneten Gegenverzahnung des Abtriebselements 11 kommen kann. Für die in Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele erstreckt sich das Insert 26, 26a über einen Umfangswinkel von zwischen 45° und 90°, insbesondere zwischen 50° und 70°. FIG. 4 shows an alternative embodiment of the insert 26a, for which the inner contour 27 is also provided with a toothing 32 which can come into engagement with a suitable counter-toothing of the output element 11. For the in FIGS. 3 and 4 illustrated embodiments, the insert 26, 26a extends over a circumferential angle of between 45 ° and 90 °, in particular between 50 ° and 70 °.

Eine alternative Ausgestaltung des Inserts 26b ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Das Insert 26b erstreckt sich in diesem Fall über einen Umfangswinkel von ungefähr 270°. Ein derartiges Insert 26b kann im Bereich der Innenund/oder Außenkontur 27b, 28b ebenfalls über eine Verzahnung 31 b, 32b verfügen. In den Figuren 5 und 6 ist allerdings ein Insert 26b ohne eine derartige Verzahnung ausgebildet. In dem der Stirnfläche 29b gegenüberliegenden Endbereich besitzt das Insert 26b im Bereich der Innenkontur 27b eine radiale Ausnehmung 34, in die ein korrespondierender Vorsprung des Abtriebselements 11 eintritt, um das Insert 26b gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung zu sichern. Wird das Insert 26b mit einer Verriegelungskraft durch den Stift 19 beaufschlagt, so kann es bei einer elastischen Ausbildung des Inserts 26b und/oder des Abtriebselements 11 zu einer Anlage des Inserts 26b im Bereich der Außenkontur 28b und/oder im Bereich der Innenkontur 27b an die Begrenzung der Ausnehmung 33 kommen, wodurch die Sicherung des Inserts 26 durch auftretende Reibkräfte unterstützt wird.An alternative embodiment of the insert 26b is in the FIGS. 5 and 6 shown. The insert 26b extends in this case over a circumferential angle of about 270 °. Such an insert 26b may also have a toothing 31b, 32b in the area of the inner and / or outer contour 27b, 28b. In the FIGS. 5 and 6 However, an insert 26b is formed without such a toothing. In the end region 29b opposite the end face 29b has the insert 26b in the region of the inner contour 27b, a radial recess 34 into which a corresponding projection of the output element 11 enters to secure the insert 26b against displacement in the circumferential direction. If the insert 26b is acted on by a locking force by the pin 19, it may in an elastic embodiment of the insert 26b and / or the output element 11 to a conditioning of the insert 26b in the area the outer contour 28b and / or come in the region of the inner contour 27b to the boundary of the recess 33, whereby the backup of the insert 26 is supported by frictional forces occurring.

Figuren 7 bis 9 zeigen ein Insert 26c, welches im Wesentlichen in Form einer Kreisringscheibe mit einem ungefähr rechteckförmigen Halbquerschnitt 35 gebildet ist. In diesem Fall weist das Insert 26c die hydraulische Verbindung 24c auf, die in die Druckkammer 16 mündet und im gegenüberliegenden Endbereich den Stift 19 beaufschlagt. Das Insert 26c umgibt den vorderen Bereich 21 des Stifts 19 in der verriegelnden Betriebsstellung vollständig. Weiterhin kann das Insert 26c im Bereich der äußeren Mantelfläche 36 eine Vertiefung oder Ausnehmung 37 besitzen, die in eine korrespondierende Nase des Abtriebselements 11 eingreift zur Verdrehsicherung des Inserts 26c und/oder zur Gewährleistung einer fehlerfreien Montage des Inserts 26c. FIGS. 7 to 9 show an insert 26c, which is formed substantially in the form of a circular disk with an approximately rectangular half-section 35. In this case, the insert 26c has the hydraulic connection 24c, which opens into the pressure chamber 16 and acts on the pin 19 in the opposite end region. The insert 26c completely surrounds the front portion 21 of the pin 19 in the locking operative position. Furthermore, the insert 26c may have a depression or recess 37 in the region of the outer circumferential surface 36, which engages in a corresponding lug of the driven element 11 for preventing rotation of the insert 26c and / or for guaranteeing faultless installation of the insert 26c.

Figuren 10 und 11 zeigen die Beaufschlagung des Stifts 19 mit einem Hydraulikmittel über eine zentrale Bohrung 38 des Nockenwellenverstellers 1 und einen radial orientierten Seitenkanal 39, der die Bohrung 38 hydraulisch mit der Stirnfläche des Stifts 19 verbindet. FIGS. 10 and 11 show the application of the pin 19 with a hydraulic means via a central bore 38 of the camshaft adjuster 1 and a radially oriented side channel 39 which connects the bore 38 hydraulically with the end face of the pin 19.

Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Seitenschenkel 5, welcher das Antriebselement 9 bildet, nicht integral mit weiteren Bauteilen des Gehäuses 3 gebildet, sondern als eine Art Dichtdeckel ausgebildet, welcher im vorliegenden Fall aus Kunststoff besteht und das Insert 26 aufnimmt. Bei dem Abtriebselement 11 handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil aus Metall. Günstig ist der Einsatz eines Werkstoffes, welcher einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als der eingesetzte Kunststoff besitzt. Durch ein derartiges Material erhält man speziell bei einer Kunststoffeinheit bestehend aus einem Antriebsrad, einem Stator, einem Deckel in Formt des Seitenschenkels 5 günstige Druckeigenspannungen bei höheren Betriebstemperaturen in dem Übergangsbereich zwischen Stator und Deckel. Dies ist wichtig, da Kunststoffe nur sehr geringe Zugfestigkeiten im Vergleich zur Druckfestigkeit zulassen, speziell bei Einsatz eines Duroplasts. Man kann sich auf diese Weise scheinbar negative unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zunutze machen.According to the in FIG. 1 illustrated embodiment, the side legs 5, which forms the drive element 9, not integrally formed with other components of the housing 3, but formed as a kind of sealing lid, which consists in the present case of plastic and the insert 26 receives. The output element 11 is preferably a metal component. It is beneficial to use a material which has a lower coefficient of expansion than the plastic used. By means of such a material, in particular in the case of a plastic unit consisting of a drive wheel, a stator, a cover in the shape of the lateral leg 5, favorable compressive internal stresses are obtained at higher operating temperatures in the transition region between the stator and the cover. This is important because plastics allow only very low tensile strength compared to compressive strength, especially when using a thermoset. You can feel that way make use of apparently negative coefficients of expansion.

Alternativ oder zusätzlich können die Druckeigenspannungen durch ein Verspannen der Bauteile während der Montage erzeugt werden.Alternatively or additionally, the compressive residual stresses can be generated by a distortion of the components during assembly.

Bei dem Insert handelt es sich vorzugsweise aus einem Stahlteil, ein Sinterteil, ein Hartmetallteil oder um ein Keramikbauteil. Für den Fall, dass das Insert als Kreisringscheibe ausgebildet ist, ist es möglich, dass dieses über die zentrale Schraube des Nockenwellenverstellers oder über ein anderes Verbindungselement wie eine Schraube auf das Kunststoffteil gezogen wird. Diese Anwendung ist für hohe Beanspruchungen geeignet und nutzt zur gleichmäßigen Lasteinleitung des Verriegelungselements die Kontaktfläche und den Reibkoeffizienten zwischen Kunststoff und Insert aus. Die Leistungsfähigkeit dieser Kombination wird durch den Verbund zwischen Verschlussschraube und Verbindungselement und Insert verstärkt, bei dem der Kunststoff als Sandwich zwischen den beiden Reibpartnern liegt.The insert is preferably made of a steel part, a sintered part, a hard metal part or a ceramic component. In the event that the insert is formed as a circular disk, it is possible that this is pulled over the central screw of the camshaft adjuster or via another connecting element such as a screw on the plastic part. This application is suitable for high loads and uses for uniform load application of the locking element, the contact surface and the coefficient of friction between plastic and insert. The efficiency of this combination is enhanced by the bond between screw plug and connector and insert, in which the plastic is sandwiched between the two friction partners.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
NockenwellenverstellerPhaser
22
Antriebsraddrive wheel
33
Gehäusecasing
44
Grundschenkelbase leg
55
Seitenschenkelside leg
66
Seitenschenkelside leg
77
Kammerchamber
88th
Flügelwing
99
Antriebselementdriving element
1010
Längsachselongitudinal axis
1111
Abtriebselementoutput element
1212
Bohrungdrilling
1313
Grundkörperbody
1414
Flügelwing
1515
Druckkammerpressure chamber
1616
Druckkammerpressure chamber
1717
Verriegelungseinheitlocking unit
1818
Verriegelungselementlocking element
1919
Stiftpen
2020
Bohrungdrilling
2121
Vorderer BereichFront area
2222
SacklochbohrungBlind hole
2323
SacklochbohrungBlind hole
2424
Hydraulische VerbindungHydraulic connection
2525
Druckfedercompression spring
2626
Insertinsert
2727
Innenkonturinner contour
2828
Außenkonturouter contour
2929
Stirnflächeface
3030
Stirnflächeface
3131
Verzahnunggearing
3232
Verzahnunggearing
3333
Ausnehmung AbtriebselementRecess output element
3434
Ausnehmung InsertRecess insert
3535
HalbquerschnittHemisection
3636
Mantelflächelateral surface
3737
Ausnehmungrecess
3838
Bohrungdrilling
3939
Seitenkanalside channel

Claims (4)

  1. Camshaft adjuster (1) for an internal combustion engine, having a locking unit (17) which, in its locking operating position, fixes an adjustment angle of the camshaft adjuster (1) by virtue of a locking element (18) producing, at least in one adjusting direction, a positively locking connection between a drive input element (9), which is drive-connected to a crankshaft of the internal combustion engine, and a drive output element (11), which is drive-connected to a camshaft of the internal combustion engine, characterized in that the drive input element (9) and/or the drive output element (11) is formed with a plastic part and has an insert (26) with which the locking element (18) comes into contact at least in one adjusting direction in the locking operating position and whose outer surface (outer contour 28, inner contour 27) transmits the locking force to the plastic part, the insert (26) transmits the locking force at least partially in a non-positively locking fashion or at least partially in a positively locking fashion to the plastic part, with the insert (26) extending over a circumferential angle of between 50° and 300°.
  2. Camshaft adjuster (1) according to Claim 1, characterized in that the insert (26) has an enlarged extent in the direction of the locking force.
  3. Camshaft adjuster (1) according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the insert (26) has external toothings (31; 32), projections, ribs or recesses which engage in a positively locking fashion into corresponding mating toothings, projections, ribs or recesses of the plastic part.
  4. Camshaft adjuster according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the insert (26) is designed as an annular disc with a projection or a recess (37) which interacts in a positively locking fashion in at least one circumferential direction with a projection or a depression of the plastic part.
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