EP3186493B1

EP3186493B1 - Nockenwellenverstellvorrichtung zum verstellen einer position wenigstens eines nockensegmentes

Info

Publication number: EP3186493B1
Application number: EP15750431.7A
Authority: EP
Inventors: Martin Lehmann; Michael Kunz
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2019-01-02
Anticipated expiration: 2035-08-14
Also published as: DE102014012496A1; US20170254234A1; JP2017525892A; CN106795780B; CN106795780A; KR20170048333A; WO2016030213A1; EP3186493A1; US10309269B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung zum Verstellen einer Position wenigstens eines Nockensegmentes.
Grundlegend ist es bekannt, dass verstellbare Nocken bzw. Nockensegmente hinsichtlich ihrer Positionierung auf der Wellenstange einer Nockenwelle insbesondere bei ventilgesteuerten Verbrennungsmotoren zu einer gezielten Beeinflussung der Steuerzeiten der Ventile des Verbrennungsmotors im Hinblick auf dessen zur Verfügung stellenden Leistung und des Drehmomentes dient, wobei hierdurch beispielsweise auch der Kraftstoffverbrauch sowie folglich die Abgasemission verringert werden kann. Zur Verstellung bzw. Positionierung wenigstens eines Nockens bzw. eines Nockensegmentes, wobei ein Nockensegment auch aus mindestens zwei zueinander unterschiedlich ausgerichteter bzw. zueinander angeordneter bzw. aus voneinander abweichende Nockenkonturen aufweisender Nocken bestehen kann, wird bekannter Weise eine Außenwelle der Nockenwelle relativ gegenüber einer koaxial zur Außenwelle angeordneten Innenwelle der Nockenwelle verdreht, und vice versa, sodass die drehbar mit der Außenwelle, jedoch fest mit der Innenwelle verbundenen Nocken relativ zu den fest mit der Außenwelle verbundenen Nocken bewegt werden. Zur Verstellung bzw. Positionierung der Nocken bzw. der Nockensegmente zueinander dient beispielsweise ein Phasensteller, welcher eine Verdrehung der Innenwelle relativ zur Außenwelle ermöglicht, sodass eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten erreicht bzw. die Öffnungsdauer der Ventile variiert werden kann.
Grundlegend bekannte Nockenwellenversteller bzw. Phasenversteller sind beispielsweise in Form eines Schwenkmotors gestaltet, welcher zur Steigerung des übertragbaren Momentes mit mehreren Flügeln ausgestattet ist. Dieser auch als Schwenkmotorphasenversteller bezeichnete Phasensteller wird mit Motoröldruck betrieben. Es ist des Weiteren grundlegend bekannt, dass ein derartiger Phasensteller im Bereich der Nockenwellenenden in der Kraftübertragung platziert ist und Antriebselemente aufweist, welche direkt oder auch indirekt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden und vorteilhaft auch von dieser angetrieben werden. Verstellelemente eines derartigen Phasenstellers werden aufgrund einer hydraulischen Betätigung relativ zu den Antriebselementen verdreht, um folglich eine beabsichtigte Phasenverstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle zu ermöglichen.
Bei der Anbindung des Phasenstellers an die Nockenwelle, insbesondere in der Bauweise, bei welcher das Rotorelement des Phasenstellers an der Innenwelle der Nockenwelle und das Statorelement des Phasenstellers an der Außenwelle der Nockenwelle angeordnet ist, müssen Bauteiltoleranzen der einzelnen miteinander verbundenen und auch miteinander wirkverbundenen Bauteile, sprich der Innenwelle, der Außenwelle, des Rotorelementes, des Statorelementes usw. ausgeglichen werden können, um beispielsweise ein Klemmen der Bauteile und folglich einen damit einhergehenden Bauteilverschleiß sowie eine Beschädigung der gesamten Nockenwellenverstellvorrichtung zu vermeiden und einen prozesssicheren Betrieb der Verstellung der Nocken zu gewährleisten.
In der WO2011/133452 A2 ist beispielsweise eine Anordnung eines flexiblen Körpers beschrieben, welcher in Form einer Platte zwischen dem Nockenversteller und der Innenwelle und Außenwelle der Nockenwelle angeordnet ist. Ein derartiger sich vollständig über die gesamte Anbindungsfläche des Nockenverstellers erstreckender flexibler Körper benötigt jedoch einen großen Bauraum, insbesondere in axialer Richtung. Neben der Anwendung des oben genannten flexiblen Körpers sind der Anmelderin aus dem allgemeinen Stand der Technik ebenso Konstruktionen hinsichtlich einer Doppelverzahnung oder auch einer Steckverzahnung bekannt, um bei der Anbindung des Phasenstellers an die Nockenwelle Toleranzen der Bauteile ausgleichen zu können. Derartige Verzahnungen erhöhen nachteilig jedoch die Kosten der gesamten Konstruktion, insbesondere aufgrund der Integration eines zusätzlichen Zahnrades. Zudem ist bei der Verwendung von Zahnrädern auch das allgemein bekannte Verzahnungsspiel als nachteilig anzusehen.
In der GB 2433974 A ist eine Nockenwelle gezeigt, welche eine Außenwelle und eine sich konzentrisch innerhalb der Außenwelle erstreckende Innenwelle umfasst. Festnocken sind verdrehfest mit der Außenwelle und Verstellnocken verdrehfest mit der Innenwelle über einen Pin verbunden und verdrehbar zur Außenwelle angeordnet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Nockenwellenverstellvorrichtung zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Nockenwellenverstellvorrichtung zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine Verstellung bzw. Positionierung des wenigstens einen Nockens bzw. des wenigstens einen Nockensegmentes ermöglicht, wobei ein Klemmen oder aneinander Abgleiten der Bauteile oder auch ein zu großes Spiel zwischen den einzelnen Bauteilen aufgrund der einzelnen Bauteiltoleranzen vermieden wird.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Nockenwellenverstellvorrichtung zum Verstellen einer Position wenigstens eines Nockensegmentes mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung eines Antriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeugantriebes, zum Verstellen einer Phasenlage wenigstens eines Nockensegmentes, weist zumindest eine Nockenwelle und einen mit der Nockenwelle wirkverbundenen Phasensteller auf. Die Nockenwelle selbst weist ein wenigstens eine Innenwelle und eine die Innenwelle zumindest teilweise umgebende Außenwelle aufweisendes Wellensegment sowie ein Antriebssegment zum Antreiben des Wellensegmentes und zumindest ein formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit wenigstens der Außenwelle verbundenes Nockensegment auf. Der Phasensteller weist zumindest ein Rotorelement und ein Statorelement auf. Erfindungsgemäß ist ein Ausgleichselement wenigstens zum Ausgleichen von Bauteilteiltoleranzen zwischen der Nockenwelle und dem Phasensteller zumindest abschnittsweise zwischen dem Rotorelement und dem Antriebssegment angeordnet.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist folglich eine Nockenwelle auf, deren Außenwelle vorteilhaft in Form eines Rohres und insbesondere einer Hohlwelle ausgestaltet ist, durch deren Durchgangsbohrung sich die Innenwelle erstreckt, sodass die Außenwelle und die Innenwelle konzentrisch bzw. koaxial zueinander angeordnet sind. Die Innenwelle ist vorteilhaft eine Vollwelle. Vorteilhaft ist die Innenwelle zumindest über Radiallagerungen und/oder Axiallagerungen zu der Außenwelle positioniert und gelagert. Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Außenwelle wenigstens ein mit der Außenwelle fest verbundenes Nockensegment aufweist, wobei an der Innenwelle wenigstens ein bewegliches Nockensegment, insbesondere ein Verstellnockensegment angeordnet ist. Als Nockensegment wird im Rahmen der Erfindung ein einzelner Nocken oder auch eine Anordnung von wenigstens zwei Nocken verstanden, welche hinsichtlich ihrer geometrischen Ausgestaltung und/oder hinsichtlich ihrer Positionierung relativ zur Außenwelle bzw. zur Innenwelle zueinander unterschiedlich sind.
Mittels des Phasenstellers, bei welchem erfindungsgemäß dessen Rotorelement mit der Innenwelle und dessen Statorelement mit der Außenwelle verbunden sind, wird vorteilhaft die Innenwelle relativ zu der Außenwelle in einem definierten Winkelbereich stufenlos verdreht.
Vorteilhaft wird dadurch entweder die Variabilität der Öffnungsdauer der Ventilerhebung ermöglicht oder die Ventilhubverläufe und insbesondere die Ventilsteuerzeitverstellung zwischen den Ventilen, beispielsweise den Einlassventilen und den Auslassventilen reguliert. Hierdurch kann vorteilhaft beispielsweise eine Optimierung des Ladungswechsels der Brennkraftmaschine erfolgen und ein entsprechend variables Verdichtungsverhältnis durch Variation des Einlassventilschließzeitpunktes zur Reduzierung der Schadstoff- und CO₂-Emission ermöglicht werden. Hierdurch wird vorteilhaft die Steuerung der Abgasnachbehandlungssysteme, wie beispielsweis der Partikelfilterregeneration und/oder die Steuerung der Abgasturboladersysteme basierend auf der Variabilität der Auslassventile ermöglicht.
Das Antriebssegment ist vorteilhaft ein Zahnrad, welches mit der Außenwelle der Nockenwelle wirkverbunden ist, um insbesondere das Wellensegment der Nockenwelle in Bewegung um die zentrische Drehachse des Wellensegmentes bzw. der Nockenwelle zu versetzen. Im Rahmen der Erfindung wird das Antriebssegment vorteilhaft verdrehsteif mit der Außenwelle verbunden, wobei es formschlüssig und/oder kraftschlüssig oder auch stoffschlüssig mit der Außenwelle verbunden sein kann. Hierbei ist es denkbar, dass das Antriebssegment mit der Außenwelle verschweißt, verpresst, verlötet oder unter Anwendung eines entsprechend vergleichbaren Fügeverfahrens verbunden ist.
Zwischen dem Antriebssegment und dem Rotorelement ist ein Ausgleichselement angeordnet, welches wenigstens dazu dient die Bauteiltoleranzen zwischen der Nockenwelle und dem Phasensteller, und insbesondere zwischen der Innenwelle und der Außenwelle des Wellensegmentes auszugleichen, um vorteilhaft beispielsweise ein Verklemmen der Bauteile miteinander und demzufolge eine Beschädigung der Bauteile oder auch ein zu großes Spiel zwischen den Bauteilen zu vermeiden.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass das Ausgleichselement ein Dichtelement, insbesondere ein Dichtring ist. Vorteilhaft weist das Dichtelement einen rechteckförmigen Querschnitt auf, um sich an eine definierte Wandung bzw. Oberfläche des Rotorelementes sowie auch an eine definierte Wandung bzw. Oberfläche des Ausgleichsegmentes derart flächig anordnen zu können, dass vorteilhaft auch ein Austritt von Fluiden aus dem Bereich des Statorelementes, das bedeutet dem Inneren des Phasenstellers und/oder der Innenwelle vermieden wird. Es ist folglich möglich, dass mittels des Ausgleichselementes eine nockenwellenkoaxiale und/oder nockenwellenradiale Abdichtung erfolgt, sodass das Ausgleichselement vorteilhaft auch als Dichtelement dient. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Ausgleichselement einen runden, ovalen oder geometrisch dazu abweichenden Querschnitt aufweist, sodass die Formgebung des Ausgleichselementes nicht auf eine definierte Geometrie eingeschränkt ist. Vorteilhaft weist das Ausgleichselement einen elastischen Werkstoff, wie beispielsweise Gummi, das bedeutet zum Beispiel natürlichen Kautschuk, wie Naturkautschuk, oder synthetischen Kautschuk auf. Basierend auf der Elastizität des Ausgleichselementes wird vorteilhaft eine flexible Anbindung des Phasenstellers an die Nockenwelle ermöglicht. Es ist ebenfalls denkbar, dass das Ausgleichselement wenigstens einen unelastischen und vorteilhaft steifen bzw. starren Werkstoff aufweist und insbesondere in Form eines Stahlelementes, wie beispielsweise in Form eines Strahlringelementes ausgestaltet ist.
Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass das Ausgleichselement mittels eines Federelementes federbelastet, insbesondere druckfederbelastet ist. Das Federelement ist vorteilhaft ein Druckfederelement bzw. eine Druckfeder, welche eine Federkraft auf zumindest einen Bereich des Ausgleichselementes aufbringt, sodass dieses in Richtung des Antriebssegmentes und folglich an dieses gedrückt wird.
Es ist demnach möglich, dass das Federelement sich ausgehend von einer Ausnehmung des Rotorelementes zwischen dem Rotorelement und dem Ausgleichselement erstreckt und eine Druckkraft auf das Ausgleichselement aufbringt. Die Ausnehmung des Rotorelementes ist vorteilhaft eine Aussparung bzw. eine Vertiefung, in welcher das Federelement vorteilhaft verrutschfrei positionierbar ist. Infolgedessen kontaktiert bzw. berührt das Federelement mit dem einen Federende die Wandung des Rotorelementes und insbesondere der Ausnehmung bzw. Aussparung des Rotorelementes und mit dem anderen Federende das Ausgleichselement. Aufgrund der Druckkraft des Federelementes wird das Ausgleichselement zumindest in Richtung des Antriebssegmentes bewegt und kontaktiert dieses direkt, sofern kein weiteres Bauteil zwischen dem Antriebssegment und dem Ausgleichselement positioniert ist. Mittels des Federelementes wird vorteilhaft eine hinreichende Anpresskraft des Ausgleichselementes an das Antriebssegment und insbesondere eine Wandung des Antriebssegmentes ermöglicht.
Es ist ebenfalls denkbar, dass das zuvor genannte Federelement zumindest abschnittsweise in einer Ausnehmung bzw. Aussparung des Antriebssegmentes angeordnet ist und sich in Richtung des Rotorelementes erstreckt. Hierbei wird das sich im Wesentlichen zwischen dem Federelement bzw. dem Antriebssegment und dem Rotorelement befindliche Ausgleichselement mit einer Federkraft und insbesondere einer Druckfederkraft in Richtung des Rotorelementes beaufschlagt und folglich gegen das Rotorelement gedrückt.
Im Rahmen der Erfindung ist das Statorelement zumindest abschnittsweise vom Rotorelement umgeben. Vorteilhaft weist der Phasensteller ein innenliegendes Statorelement auf, sodass dieses vom Rotorelement zumindest abschnittsweise umschlossen ist. Das bedeutet, dass das Rotorelement vorteilhaft das sich radial ausgehend von der Nockenwelle nach außen erstreckende Statorelement zumindest abschnittsweise umgibt, sodass beispielsweise die Ausbildung von Druckräumen ermöglicht wird. Vorteilhaft wird durch eine entsprechende Ausbildung des Rotorelementes auch eine Ausgestaltung einer Gehäuseabdeckung zumindest teilweise ermöglicht. Des Weiteren ist hierdurch eine direkte Kontaktierung zwischen dem Ausgleichselement und dem Antriebssegment ermöglicht.
Des Weiteren ist es denkbar, dass das Statorelement sich zumindest abschnittsweise zwischen dem Ausgleichselement und dem Antriebssegment erstreckt. In einer derartigen Ausgestaltung des Phasenstellers erstreckt sich folglich das Ausgleichselement direkt zwischen dem Rotorelement und dem Statorelement und zumindest indirekt auch zwischen dem Rotorelement und dem Antriebssegment. Eine direkte Kontaktierung des Ausgleichselementes findet hierbei jedoch zusätzlich zu dem Rotorelement nur mit dem Statorelement statt. Auch in dieser Ausgestaltung ist es denkbar, dass das Ausgleichselement federbelastet und insbesondere druckfederbelastet, wie zuvor beschrieben, ist.
Es ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls denkbar, dass die Innenwelle mittels des Phasenstellers, insbesondere dem Statorelement des Phasenstellers, axial gelagert ist. Dadurch wird vorteilhaft eine axiale Lagerung der Innenwelle mittels der Außenwelle vermieden, insbesondere da diese Axiallagerung durch das Statorelement selbst ermöglicht wird. Dies ist konstruktiv einfach und kostengünstig zu gestalten und vermeidet kostenintensive geometrische Ausgestaltungen der Außenwelle der Nockenwelle. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es hierbei denkbar, dass die Innenwelle einen geometrisch in Form einer Schulter ausgebildeten Vorsprung aufweist, welcher in Form einer Lagerschulter sich zumindest abschnittsweise beispielsweise in eine Ausnehmung des Statorelementes einpasst, sodass die auf die Innenwelle in axialer Richtung wirkenden Kräfte über das Statorelement aufgenommen werden können. Vorteilhaft werden bei einer entsprechend ausgebildeten Lagerschulter auch die in radialer Richtung wirkenden Kräfte ausgehend von der Innenwelle mittels des Statorelements aufgenommen.
Es ist des Weiteren möglich, dass die Innenwelle mittels des Phasenstellers, insbesondere des Statorelementes, radial gelagert ist. Vorteilhaft wird dadurch die auszugleichende Toleranz zwischen der Außenwelle und der Innenwelle und den damit verbundenen Bauteilen verringert.
Folglich dient das Statorelement vorteilhaft als Axial- und Radiallager. Dementsprechend ist es auch denkbar, dass insbesondere zur axialen Lagerung der Innenwelle auf der einen Seite das Statorelement, also der Phasensteller, und auf der anderen Seite das Antriebssegment dienen.
Es ist weiterhin denkbar, dass die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Übertragungselement zum Übertragen eines Drehmomentes vom Rotorelement zur Innenwelle aufweist. Dieses Übertragungselement, welches auch als Zwischenelement bezeichnet werden kann, dient vorteilhaft zur Übertragung des Drehmomentes von dem Rotorelement des Phasenstellers auf die Innenwelle, um eine Phasenverschiebung der Nocken bzw. der Nockensegmente zu ermöglichen. Das Übertragungselement ist beispielsweise in Form eines Zwischenrings ausgebildet und stützt sich vorteilhaft beidseitig gegenüber dem Rotorelement und der Innenwelle ab. Das Übertragungselement weist beispielsweise ein unelastisches, vorteilhaft nicht deformierbares und hitze- und säurebeständiges Material, wie Metall, Keramik oder Kunststoff auf. Es ist des Weiteren möglich, dass das Übertragungselement ein elastisches Material, wie Gummi aufweisen kann.
Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren möglich, dass das Rotorelement unmittelbar formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Innenwelle verbunden ist. Demzufolge kann das Rotorelement mit der Innenwelle beispielsweise durch den Einsatz eines Pressverbandes verbunden sein, wobei es auch denkbar ist, dass die Innenwelle und das Rotorelement miteinander verschweißt, verlötet, verschraubt oder in Anwendung eines vergleichbaren Fügeverfahrens miteinander verbunden sind. Vorteilhaft wird bei einer direkten Verbindung der Innenwelle mit dem Rotorelement die Verwendung beispielsweise eines Übertragungselementes, wie voranstehend beschrieben, vermieden. Hierdurch können vorteilhaft Kosten bei dem Aufbau der Nockenwellenverstellvorrichtung reduziert werden.
Es ist weiterhin denkbar, dass die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Verbindungselement zum Verbinden des Rotorelementes mit der Innenwelle aufweist. Dieses Verbindungselement ist beispielsweise in Gestalt eines Schraubenelementes und insbesondere einer Zentralschraube ausgestaltet. Vorteilhaft dient das Verbindungselement dazu das Rotorelement derart an der Innenwelle anzuordnen, dass eine Übertragung des Drehmomentes von dem Rotorelement an die Innenwelle ermöglicht wird. Das bedeutet, dass das Rotorelement derart an der Innenwelle platziert ist, dass das Drehmoment entweder direkt an die Innenwelle oder indirekt über ein Übertragungselement, wie zuvor benannt, an die Innenwelle übertragbar ist.
Vorteilhaft ist das Verbindungselement zur Ermöglichung einer Regelung eines Ölflusses ausgebildet. Demzufolge wird mit einem einzelnen Bauteil eine Mehrzahl an Funktionen bei einer Nockenwellenverstellvorrichtung realisiert, sodass diese in einfacher und kostengünstiger Art und Weise herstellbar ist.
Es ist des Weiteren denkbar, dass das Rotorelement zumindest ein Bestandteil eines Gehäuses der Nockenwellenverstellvorrichtung ist. Hierbei ist es möglich, dass das Gehäuse und insbesondere das Nockenverstellvorrichungsgehäuse beweglich relativ zum Statorelement angeordnet bzw. ausgerichtet ist, wobei das Antriebssegment selbst gegenüber dem Gehäuse beweglich und insbesondere verdrehbar um die Drehachse der Nockenwellenverstellvorrichtung ausgebildet ist. Demzufolge ist es möglich, dass das Rotorelement und das Antriebssegment gemeinsam ein Gehäuse ausbilden, welches beweglich relativ zum Statorelement angeordnet ist. Eine Anordnung eines separaten bzw. zusätzlichen Gehäuses kann somit vorteilhaft vermieden werden, sodass die Herstellungs- und Montagekosten vorteilhaft reduziert werden können.
Ebenso ist es möglich, dass das Statorelement einstückig mit dem Antriebssegment ausgebildet ist. Vorteilhaft bilden folglich das Statorelement und das Antriebssegment ein einzelnes Bauteil, welches in einfacher uns kostengünstiger Weise hergestellt und montiert werden kann. Die Verwendung von zusätzlichen Verbindungselementen wird folglich vorteilhaft vermieden.
Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1: in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung,
Figur 2: in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung,
Figur 3: in einer seitlichen Schnittdarstellung eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung, und
Figur 4: in einer seitlichen Schnittdarstellung eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Fig. 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 ist schematisch in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1 gezeigt. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist eine Nockenwelle 10 mit einem Wellensegment 13 und wenigstens einem hier nicht gezeigten Nockensegment sowie einen Phasensteller 20 auf. Das Wellensegment 13 besteht aus einer Außenwelle 12 und einer konzentrisch zur Außenwelle 12 angeordneten Innenwelle 11, wobei die Außenwelle 12 in Form einer Hohlwelle ausgestaltet ist, während die Innenwelle 11 zumindest abschnittsweise als Vollwelle ausgestaltet ist.
Der in der Fig.1 gezeigte Phasensteller 20 weist ein Rotorelement 21 sowie ein Statorelement 22 auf, wobei das Rotorelement 21 das antreibende Element ist, welches ein Drehmoment auf die Nockenwelle 10 und insbesondere die Innenwelle 11 des Wellensegmentes 12 der Nockenwelle 10 aufbringt. Das Statorelement 22 ist ein hinsichtlich der Gesamtheit des Phasenstellers 20 betrachtet, innenliegendes Element, welches nahezu vollständig und vorteilhaft vollumfänglich vom Rotorelement 21 umgeben ist. Das Rotorelement 21 bildet folglich zumindest einen Bestandteil eines Gehäuses und insbesondere eines Phasenstellergehäuses aus.
Des Weiteren ist in der Fig. 1 ein Antriebssegment 14 gezeigt, welches mit der Außenwelle 12 verbunden ist, um die Nockenwelle 10 anzutreiben bzw. in Drehbewegung um deren Drehachse D zu versetzen. Das Antriebssegment 14 ist vorteilhaft in Form eines Zahnrades, eines Riemenrades oder auch einen Kettenrades ausgestaltet, welches beispielsweise mit einem hier nicht gezeigten zweiten Zahnrad, Riemenelement oder auch Kettenelement wechselwirkt, sodass durch die Bewegung einer hier nicht gezeigten Kurbelwelle über ein entsprechendes mit dem Antriebssegment wechselwirkendes Element auch die Nockenwelle 10 in Drehbewegung um deren Drehachse D versetzt wird.
Wie in der Ausführungsform der Fig.1 dargestellt, erstreckt sich ein Ausgleichselement 2 zwischen dem Antriebssegment 14 und dem Rotorelement 21, insbesondere um einen Ausgleich der Bauteiltoleranzen aufgrund einer flexiblen Anbindung des Phasenstellers 20 an die Nockenwelle 10 zu ermöglichen. Vorteilhaft ist das Ausgleichselement 2 federbelastet. Dies bedeutet, dass ein Federelement 3, welches vorteilhaft ein Druckfederelement ist, eine definierte Druckkraft auf das Ausgleichselement 2 aufbringt, sodass das Ausgleichselement 2 zumindest abschnittsweise an eine Wandung des Antriebssegmentes 14 gedrückt wird. Das Federelement 3 ist vorteilhaft zumindest abschnittsweise in eine Ausnehmung 4 des Rotorelementes 21 eingebracht, wodurch ein Verrutschen des Federelementes 3 vermieden wird. Das Federelement 3 erstreckt sich folglich ausgehend von der Ausnehmung 4 in Richtung des Ausgleichselementes 2, welches demgemäß an der Öffnung der Ausnehmung 4 angeordnet ist. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Antriebssegment 14 eine Aussparung 8 aufweist, welche sich in Form einer Materialaussparung ausgehend von einer Oberfläche des Antriebssegmentes 14 in die Materialdicke des Antriebssegmentes 14 erstreckt. In diese Aussparung 8 greift beispielsweise ein Abschnitt des Rotorelementes 21, insbesondere der Abschnitt des Rotorelementes 21 ein, an welchem das Ausgleichselement 2 angeordnet ist. Mittels der geometrischen Ausgestaltung von Absätzen bzw. Auflagebereichen im Endbereich des Rotorelementes 21 wird vorteilhaft auch eine radiale Lagerung zwischen dem Rotorelement 21 und dem Antriebssegment 14 ermöglicht.
Des Weiteren ist in der Fig. 1 ein Übertragungselement 5 gezeigt, welches dazu dient das vom Rotorelement 21 erzeugte Drehmoment an die Innenwelle 11 weiterzuleiten bzw. die Innenwelle 11 in Drehbewegung bzw. Rotation um deren Drehachse D zu versetzen. Das Übertragungselement 5 dient folglich als Zwischenelement zwischen dem Rotorelement 21 und der Innenwelle 11. Ein in der Fig.1 gezeigtes Verbindungselement 7, welches ein Ventil 7.1 aufweist, dient vorteilhaft zur Verbindung des Phasenstellers 20 mit der Nockenwelle 10. Demzufolge wird mittels des Verbindungselementes 7 insbesondere das Rotorelement 21 kontaktierend zu dem Übertragungselement 5 angeordnet, sodass auf der Seite des Übertragungselementes 5, welcher der Seite gegenüberliegt, die das Rotorelement 21 kontaktiert, eine Kontaktierung mit der Innenwelle 11 ermöglicht wird.
Das Lagerelement bzw. Axiallagerelement 6 ist, wie in der Fig.1 gezeigt, zwischen der Innenwelle 11 und dem Statorelement 22 angeordnet, um eine Lagerung der Innenwelle 11 relativ zum Phasensteller 20 und insbesondere zum Statorelement 22 in axialer Richtung zu ermöglichen. Hierfür weist die Innenwelle 11 eine Schulter 11.1 bzw. eine Lagerschulter 11.1 auf, mit welcher die Innenwelle 11 das Axiallagerelement 6 kontaktiert. Vorteilhaft wird aufgrund der Verwendung des Axiallagerelementes 6 eine axiale Lagerung der Innenwelle 11 mittels entsprechender geometrischer Ausgestaltungen der Außenwelle 12 vermieden, sodass das Wellensegment 13 einfach zu konstruieren und kostengünstig herzustellen ist.
Die mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnete gestrichelte Linie der Fig. 1 verdeutlicht die Anordnung eines aufgrund des vorliegenden Schnittes verdeckten Flügelelementes des Rotorelementes. Die Maße und/oder die geometrische Ausgestaltung dieses Flügelelementes 23 werden vorteilhaft durch die geometrische Ausgestaltung, Maße und/oder Beschaffenheit des Ausgleichselementes und folglich der durch dieses abzudichtenden Dichtkante im Bereich des Rotorelementes bzw. des Antriebssegmentes definiert, um insbesondere einen hydraulischen Kurzschluss zu vermeiden.
In der Fig.2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1 gezeigt, welche im Wesentlichen die in der Fig.1 genannten Bauteile aufweist, sodass die zuvor zu der Fig.1 aufgeführte Beschreibung hier nahezu vollständig herangezogen werden kann. Die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1 unterscheidet sich zu der in der Fig.1 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1 dahingehend, dass das Statorelement 22, in axialer Richtung betrachtet, nicht mehr vollumfänglich vom Rotorelement 21 umgeben bzw. umschlossen ist. Hierbei ist es denkbar, dass das Rotorelement 21 einen, im Vergleich zu der in der Fig. 1 aufgezeigten Ausführungsform, kleiner dimensionierten sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt aufweist. Folglich ist ein Abstand bzw. Freiraum zwischen dem Rotorelement 21 und dem Antriebssegment 14 ausgebildet. Demnach ist es möglich, dass sich zumindest ein Abschnitt des Statorelementes 22 zumindest abschnittsweise zwischen dem Rotorelement 21 und dem Antriebssegment 14, insbesondere zwischen dem Ausgleichselement 2 und dem Antriebssegment 14 erstreckt. Demzufolge wird das Ausgleichselement 2 mittels des Federelements 3 gegen eine Wandung des Statorelementes 22 gedrückt. Vorteilhaft wird folglich die Ausgestaltung der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 nicht auf ein lediglich innenliegendes Statorelement 22 beschränkt, sodass auch unterschiedlich ausgestaltete Statorelemente 22 des Phasenstellers 1 verwendet werden können, wobei ein Ausgleich von Bauteiltoleranzen, wie oben beschrieben, weiterhin realisiert werden kann. Wie bereits zu Fig. 1 erwähnt, ist auch in der Fig. 2 die Anordnung eines im vorliegenden Schnitt nicht sichtbaren Flügelelementes 23 des Rotorelementes mittels einer gestrichelten Linie gezeigt.
In der Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1 gezeigt, welche im Wesentlichen zu den in den Fig.1 und 2 gezeigten Ausführungsformen vergleichbare oder auch identische Bauteile aufweist, sodass die zu den zuvor genannten Fig. 1 und 2 aufgeführte Beschreibung ebenfalls zu der Erläuterung der Fig. 3 heranziehbar ist. Ein Wesentlicher Unterschied zu den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung besteht darin, dass die in der Fig.3 gezeigte Ausführungsform kein Übertragungselement aufweist. Vielmehr wird gemäß der Ausführungsform der Fig. 3 das von dem Rotorelement 21 eingebrachte Drehmoment direkt an die Innenwelle 11 übertagen, ohne mittels eines zwischen Rotorelement 21 und Innenwelle 11 angeordnetem Übertragungselement 5 (vgl. Fig. 1 und2) weitergeleitet werden zu müssen. Die Ersparnis des Übertragungselementes ermöglicht vorteilhaft die Konstruktion der Nockenwellenverstellvorrichtung 1 in einfacherer und kostengünstigerer Art und Weise.
Des Weiteren kann der Fig. 3 entnommen werden, dass die Innenwelle 11 auch unabhängig zu der Außenwelle 12 radial und/oder axial lagerbar ist. Dazu dient beispielsweise ein entsprechender Vorsprung 22.1 des Statorelementes 22. Folglich ist es möglich, dass eine Wandung einer Lagerschulter 11.1 der Innenwelle 11 eine Wandung des Vorsprunges 22.1 kontaktiert, wobei sich beide Wandungen im Wesentlichen parallel zueinander in radialer Richtung ausgehend von der zentrischen Drehachse D weg erstrecken. Die der Vorsprungswandung kontaktierende Wandung der Lagerschulter 11.1 gegenüberliegende Wandung kontaktiert vornehmlich dann ein Axiallagerelement 6. Aufgrund der Kontaktierung der beiden sich in radialer Richtung erstreckenden Wandungen der Innenwelle 11 und insbesondere der Lagerschulter der Innenwelle 11 ist eine axiale Lagerung der Innenwelle 11 relativ zu dem Phasensteller 20 ermöglicht. Basierend auf einer Kontaktierung einer Stirnwandung der Lagerschulter 11.1 der Innenwelle 11 mit einer entsprechenden Wandung bzw. Oberfläche des Statorelementes 22 ist vorteilhaft eine radiale Lagerung der Innenwelle 11 relativ zu dem Phasensteller 20 ermöglicht. Die Stirnwandung der Lagerschulter 11.1 ist vorteilhaft eine sich in axialer Richtung erstreckende Wandung, welche von sich entsprechend in radialer Richtung erstreckenden Seitenwandungen begrenzt ist.
In der Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1 gezeigt, wobei auch diese Ausführungsform im Wesentlichen zu den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1 vergleichbare Bauteile aufweist, sodass hierbei auf die Erläuterungen zu diesen in den Fig.1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen Bezug genommen wird bzw. werden kann. Die in der Fig.4 gezeigte Ausführungsform einer Nockenwellenverstellvorrichtung 1 unterscheidet sich durch die oben genannten Ausführungsformen insbesondere dahingehend, dass weder ein Übertragungselement noch ein Axiallagerelement angeordnet ist. Dies spart vorteilhaft den Einbau von zusätzlichen Bauteilen und ermöglicht die Herstellung einer kostengünstigen Nockenwellenverstellvorrichtung. Vorteilhaft findet die axiale Lagerung der Innenwelle 11 über eine Lagerschulter 11.1 der Innenwelle 11 statt. Diese Lagerschulter 11.1 kontaktiert zum einen eine entsprechende Ausnehmung bzw. eine Wandung eines Vorsprunges 22.1 des Statorelementes 22 des Phasenstellers 20 und zum anderen das Antriebssegment 14 und insbesondere eine Wandung des Antriebssegmentes 14. Folglich ist die Lagerschulter 11.1 der Innenwelle 11 zwischen dem Statorelement 22 und dem Antriebssegment 14 zumindest bewegungsarm angeordnet, sodass eine Bewegung der Lagerschulter 11.1 und folglich der Innenwelle 11 in axialer Richtung, das bedeutet in Richtung entlang der Drehachse D, vermieden wird.
Die zuvor benannten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung sind lediglich exemplarisch zu verstehen und begründen keine Vollständigkeit. Folglich sind weitere, hier nicht benannte Ausgestaltungen der Nockenwellenverstellvorrichtung und insbesondere deren einzelner Bauteile denkbar, die keine explizite Erwähnung finden. Dies betrifft zudem auch die Lagerung der Innenwelle in radialer sowie auch in axialer Richtung sowie auch die Ausgestaltung des Statorelementes und/oder des Rotorelementes und/oder auch des Antriebssegmentes und/oder die Anordnung bzw. geometrische Ausgestaltung des Ausgleichselementes.

Bezugszeichenliste (140590P00DE)

1: Nockenwellenverstellvorrichtung
2: Ausgleichselement
3: Federelement
4: Ausnehmung
5: Übertragungselement
6: Axiallagerelement
7: Verbindungselement
7.1: Ventil
8: Aussparung

10: Nockenwelle
11: Innenwelle
11.1: Lagerschulter
12: Außenwelle
13: Wellensegment
14: Antriebssegment

20: Phasensteller
21: Rotorelement
22.1: Vorsprung
22: Statorelement
23: Flügelelement

D: Drehachse

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung (1) eines Antriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeugantriebes, zum Verstellen einer Phasenlage wenigstens eines Nockensegmentes, wobei die Nockenwellenverstellvorrichtung (1) zumindest eine Nockenwelle (10) und einen mit der Nockenwelle (10) wirkverbundenen Phasensteller (20) aufweist, wobei die Nockenwelle (10) ein wenigstens eine Innenwelle (11) und eine die Innenwelle (11) zumindest teilweise umgebende Außenwelle (12) aufweisendes Wellensegment (13) sowie ein Antriebssegment (14) zum Antreiben des Wellensegmentes (13) und zumindest ein formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit wenigstens der Außenwelle (12) verbundenes Nockensegment aufweist, und wobei der Phasensteller (20) ein Rotorelement (21) und ein Statorelement (22) aufweist, wobei ein Ausgleichselement (2) wenigstens zum Ausgleichen von Bauteilteiltoleranzen zwischen der Nockenwelle (10) und dem Phasensteller (20) zumindest abschnittsweise zwischen dem Rotorelement (21) und dem Antriebssegment (14) angeordnet und mittels eines Federelementes (3) federbelastet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ausgleichselement (2) ein Dichtelement, insbesondere ein Dichtring ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ausgleichselement (2) mittels des Federelementes (3) druckfederbelastet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Federelement (3) sich ausgehend von einer Ausnehmung (4) des Rotorelementes (21) zwischen dem Rotorelement (21) und dem Ausgleichselement (2) erstreckt und eine Druckkraft auf das Ausgleichselement (2) aufbringt.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Statorelement (22) zumindest abschnittsweise vom Rotorelement (21) umgeben ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Statorelement (22) sich zumindest abschnittsweise zwischen dem Ausgleichselement (2) und dem Antriebssegment (14) erstreckt.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenwelle (11) mittels des Phasenstellers (20), insbesondere dem Statorelement (22) des Phasenstellers (20), axial gelagert ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Innenwelle (11) mittels des Phasenstellers (20), insbesondere des Statorelementes (22) des Phasenstellers (20), radial gelagert ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nockenwellenverstellvorrichtung (1) ein Übertragungselement (5) zum Übertragen eines Drehmomentes vom Rotorelement (21) zur Innenwelle (11) aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rotorelement (21) unmittelbar formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Innenwelle (11) verbunden ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nockenwellenverstellvorrichtung (1) ein Verbindungselement (7) zum Verbinden des Rotorelementes (21) mit der Innenwelle (11) aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (7) zur Ermöglichung einer Regelung eines Ölflusses ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rotorelement (21) zumindest ein Bestandteil eines Gehäuses der Nockenwellenverstellvorrichtung (1) ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Statorelement (22) einstückig mit dem Antriebssegment (14) ausgebildet ist.