WO2013037515A1 - Axiallagerung bei doppelnockenwellen, nockenwellenverstellvorrichtung und verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Axiallagerung bei doppelnockenwellen, nockenwellenverstellvorrichtung und verbrennungskraftmaschine Download PDF

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camshaft adjusting
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Ali Bayrakdar
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements

Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjusting device with an inner camshaft, which is surrounded by an outer camshaft, wherein the two camshafts are rotatable relative to each other and are connected via a central screw to a phaser.
  • a camshaft adjusting device is also understood to mean a cam adjusting device which acts on valves in an internal combustion engine.
  • devices for variable adjustment of control times are used in wheel change valves to adjust the phase relation between a crankshaft and a camshaft in a defined angle range, ie between a maximum early and a maximum late position variable.
  • This device is integrated in a drive train, via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • This drive train can be realized, for example, as a belt, chain or gear drive.
  • the device has, in addition to the camshaft on a phase adjusting device and a central screw, by means of which the phase adjusting device is rotatably connected to the camshaft.
  • the phase adjusting device can, for example, be designed as a vane-type pivoting motor with a plurality of pressure chambers acting against one another.
  • pressure medium supply to a group of pressure chambers with simultaneous outflow of pressure medium from the other group of pressure chambers the Phase relation of the impeller relative to the cellular wheel and thus the camshaft can be variably adjusted relative to the crankshaft.
  • the pressure medium flow to and from the pressure chambers is usually controlled by means of a hydraulic directional proportional valve, which can be accommodated, for example, within one centra scale.
  • double camshafts are often used, ie an inner camshaft and an outer camshaft.
  • the two camshafts must be secured axially relative to each other, which is why in this regard thrust bearings are used, which are still in terms of simplicity and cost reduction can be improved.
  • a radially missing element is arranged between the inner camshaft and the externa ßeren camshaft, that it comes into positive contact with both camshafts to a movement and at least one axial direction along the longitudinal axis of the two camshafts to each other to block.
  • the resilient element of an activation device such as a ball
  • a resilient element may, for example, be a spring or a compressible element. Benefits have especially adjusted for metallic springs.
  • pressure on insertion of the central screw can be exerted on the resilient element via this intermediate element, so that then the positive connection between the resilient member and the two camshafts can be produced. A particularly efficient design can then be realized.
  • the ball is in the blocking state of the resilient element with the central screw in abutment.
  • the surface of the central screw can then be used to move the ball towards the resilient member and subsequently move the resilient member into positive engagement with the camshafts.
  • Other intermediate elements can be avoided.
  • An advantageous variant is also characterized in that the missing element and the ball are located in a common passage opening of the inner camshaft.
  • the assembly is simplified.
  • the assembly is further simplified when the through-hole is dimensioned so that the ball is prevented from exiting the inner camshaft in the direction of the radially inner, even in this area missing central screw.
  • the passage opening is approximately stepped as a bore doubly and / or expediently in an inner camshaft near section has a round cross section and in an outer camshaft near section has a polygonal cross section.
  • standard components can be used, which reduces the costs in this regard.
  • the resilient element is in abutment with at least one adjustment-side shoulder of the outer camshaft and an off-center shoulder of the inner camshaft, blocking in at least one axial direction can be ensured, whereas in abutment with one Verstell familiare shoulder of the inner camshaft and a verstellerferne shoulder of the outer camshaft also blocking in both axial directions can be realized. It is advantageous for the design of the camshaft adjusting device when the inner camshaft is formed in two parts and the passage opening in a sleeve-like end or a sleeve is present.
  • the invention also relates to an internal combustion engine with such a camshaft adjusting device according to the invention.
  • a first embodiment is shown in two switching positions.
  • 1 shows a cross section through a camshaft adjusting device according to the invention in a completely assembled position
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the camshaft adjusting device shown in FIG. 1 in a not yet completely assembled position.
  • a first camshaft adjusting device according to the invention is shown.
  • This camshaft adjusting device is provided with the reference numeral 1.
  • the camshaft adjusting device 1 has an inner camshaft 2 and an outer camshaft 3.
  • the inner camshaft 2 is constructed in two parts and has an elongate portion 4 and a collar-like portion, which is referred to as a collar 5.
  • the inner camshaft 2 is also formed in two parts and has an elongated portion 6 and a sleeve-like portion, which is referred to as sleeve 7.
  • An adjuster 10 is the front side with a central screw 1 1 in conjunction.
  • the central screw 1 1 is located with its outer side with an activation device 12 in Appendix.
  • the activation device 12 is designed as a ball 13.
  • the ball 13 in turn is in abutment with a resilient element 14 located.
  • the resilient element 14, as well as the ball 13 is located in a through hole 15 in the sleeve 7 of the inner camshaft 2.
  • the passage opening 15 is designed in a doubly stepped manner and has a boundary 16 which is a complete exit of the ball 13 from the passage opening 15 in the direction of the central screw or a longitudinal axis 17 of the camshaft adjusting device 1, that is to say into the radial interior. prevented.
  • the resilient element 14 is during the screwing of the central screw 1 1 in the inner camshaft 2, as shown in Fig. 2, outwardly urged.
  • the ball 13 comes into abutment with the central screw 1 1, is pressed radially outward, thereby forcing the resilient member 14 also radially outward.
  • the resilient element 14 then comes into abutment with a first or shoulder close to the adjuster, which is formed by the collar 5, and remains in abutment with a second shoulder, which is formed away from the passage opening 15 by the sleeve 7.
  • the shoulder of the sleeve 7 lying opposite the second shoulder 19 is also in contact with the resilient element 14 and the off-stage shoulder of the collar 5, as viewed from the passage opening 15, is in contact with the resilient element 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung (1) mit einer inneren Nockenwelle (2), die von einer äußeren Nockenwelle (3) umgeben ist, wobei die beiden Nockenwellen (2, 3) relativ zueinander verdrehbar sind und über eine Zentralschraube (11) an einem Versteller (10) angebunden sind, wobei ein radial federndes Element (14) so zwischen der inneren Nockenwelle (2) und der äußeren Nockenwelle (3) angeordnet ist, dass es in formschlüssigen Kontakt mit den beiden Nockenwellen (2, 3) gelangt, um eine Bewegung der beiden Nockenwellen (2, 3) zueinander in zumindest eine axiale Richtung entlang der Längsachse (17) der beiden Nockenwellen (2, 3) zu blockieren. Die Erfindung betrifft auch eine Verbrennungskraftmaschine mit einer solchen Nockenwellenverstellvorrichtung.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Axiallagerung bei Doppelnockenwellen, Nockenwellenverstellvorrichtung und
Verbrennungskraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer inneren Nockenwelle, die von einer äußeren Nockenwelle umgeben ist, wobei die beiden Nockenwellen relativ zueinander verdrehbar sind und über eine Zentral- schraube an einem Versteller angebunden sind.
Unter einer Nockenwellenverstellvorrichtung wird auch eine Nockenverstellvorrichtung verstanden, die auf Ventile in einer Verbrennungskraftmaschine einwirkt. In modernen Verbrennungskraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung von Steuerzeiten bei Radwechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, also zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel einstellen zu können. Diese Vorrichtung ist in einem Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann bspw. als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein. Die Vorrichtung weist neben der Nockenwelle eine Phasenstelleinrichtung und eine Zentralschraube auf, mittels derer die Phasenstelleinrichtung drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Phasenstelleinrichtung kann bspw. als Schwenkmotor in Flügelzellbauweise mit mehreren gegeneinander wirkenden Druckkammern ausgebildet sein. Durch Druckmittelzufuhr zu einer Gruppe von Druckkammern bei gleichzeitigem Abfluss von Druckmittel aus der anderen Gruppe von Druckkammern kann die Phasenrelation des Flügelrades relativ zu dem Zellenrad und damit der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle variabel eingestellt werden. Der Druckmittel- fluss zu und von den Druckammern wird üblicherweise mittels eines hydraulischen Wegeproportionalventils geregelt, welches bspw. innerhalb einer Zent- raischraub aufgenommen sein kann.
In diesem Rahmen werden häufig auch sog. Doppelnockenwellen verwendet, also eine innere Nockenwelle und eine äu ßere Nockenwelle. Als solches ist bspw. in den Druckschriften DE 10 2010 008 002 A1 und DE 1 0 2010 005 603 A1 offenbart. Die beiden Nockenwellen müssen jedoch relativ zueinander axial gesichert werden, weswegen diesbezüglich Axiallager eingesetzt werden, die in puncto Einfachheit und Kostenreduktion noch verbesserbar sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hier Abhilfe zu bieten. Insbeson- dere soll für Doppelnockenwellen eine Lösung gefunden werden, bei der die innere Nockenwelle zur äußeren Nockenwelle axial verliersicher gelagert ist, diese Lösung einfach umsetzbar und kostengünstig herstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein radial fehlendes Element so zwischen der inneren Nockenwelle und der äu ßeren Nockenwelle angeordnet ist, dass es in formschlüssigen Kontakt mit beiden Nockenwellen gelangt, um eine Bewegung und zumindest eine axiale Richtung entlang der Längsachse der beiden Nockenwellen zueinander zu blockieren.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. So ist es von Vorteil, wenn das federnde Element von einer Aktivierungsvorrichtung, wie einer Kugel, in Anlage mit sowohl der inneren Nockenwelle, als auch der äußeren Nockenwelle bringbar ist. Ein solches federndes Element kann bspw. eine Feder oder ein kompressibles Element sein. Vorteile haben sich insbesondere bei metallischen Federn eingestellt. Bei Nutzung einer Aktivierungsvorrichtung, kann über dieses Zwischenelement Druck beim Einsetzen der Zentralschraube auf das federnde Element ausgeübt werden, sodass dann der Formschluss zwischen dem federnden Element und den beiden Nockenwellen herstellbar ist. Eine besonders effiziente Bauart lässt sich dann realisieren.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Kugel im blockierenden Zustand des federnden Elementes mit der Zentralschraube in Anlage befindlich ist. Die Oberfläche der Zentralschraube kann dann genutzt werden, um die Kugel auf das federnde Element zuzubewegen und das federnde Element nachfolgend in Formschluss mit den Nockenwellen zu bewegen. Weitere Zwischenelemente können dadurch vermieden werden.
Eine vorteilhafte Variante ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das fehlende Element und die Kugel in einer gemeinsamen Durchgangsöffnung der inneren Nockenwelle befindlich sind. Die Montage wird dadurch vereinfacht.
Auch wird die Montage weiter vereinfacht, wenn die Durchgangsöffnung so bemessen ist, dass die Kugel an einem Austreten aus der inneren Nockenwelle in Richtung des radial Inneren gehindert ist, selbst bei in diesem Bereich fehlender Zentralschraube.
Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Durchgangsöffnung etwa als Bohrung zweifach gestuft ausgebildet ist und / oder zweckmäßiger Weise in einem inneren nockenwellennahen Abschnitt einen runden Querschnitt und in einem äußeren nockenwellennahen Abschnitt einen eckigen Querschnitt aufweist. Dadurch lassen sich Standardbauteile einsetzen, was die Kosten diesbezüglich reduziert. Wenn das federnde Element in Anlage mit zumindest einer verstellseitigen Schulter der äußeren Nockenwelle und einer verstellerfernen Schulter der inneren Nockenwelle befindlich ist, so kann ein Blockieren in zumindest eine axiale Richtung sichergestellt werden, wohingegen bei dem Anliegen an jeweils eine verstellerseitige Schulter der inneren Nockenwelle und jeweils eine verstellerferne Schulter der äußeren Nockenwelle auch ein Blockieren in beide axiale Richtungen realisiert werden kann. Es ist von Vorteil für die Auslegung der Nockenwellenverstellvorrichtung, wenn die innere Nockenwelle zweiteilig ausgebildet ist und die Durchgangsöffnung in einem hülsenartigen Ende bzw. einer Hülse vorhanden ist.
Auch ist es für die Gestaltungsfreiheit beim Konstruieren der Nockenwellenver- Stellvorrichtung von Vorteil, wenn die äußere Nockenwelle zweiteilig ausgebildet ist und die Durchgangsöffnung in einem bundartigen Ende bzw. einem Bund der äußeren Nockenwelle vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Verbrennungskraftmaschine mit einer solch erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung.
Die Erfindung wird auch mithilfe einer Zeichnung näher erläutert. Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in zwei Schaltstellungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Nockenwellenver- stellvorrichtung in einer komplett montierten Stellung und
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung der in Fig. 1 dargestellten Nockenwellen- verstellvorrichtung in einer noch nicht komplett montierten Stellung.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen. In Fig. 1 ist eine erste erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung dargestellt. Diese Nockenwellenverstellvorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Die Nockenwellenverstellvorrichtung 1 weist eine innere Nockenwelle 2 und eine äußere Nockenwelle 3 auf. Die innere Nockenwelle 2 ist zweiteilig aufgebaut und weist einen länglichen Abschnitt 4 und einen bundartigen Abschnitt auf, der als Bund 5 bezeichnet wird. Die innere Nockenwelle 2 ist ebenfalls zweiteilig ausgebildet und weist einen langerstreckten Abschnitt 6 und einen hülsenartigen Abschnitt auf, der als Hülse 7 bezeichnet wird.
Ein Drehmoment von einer nicht dargestellten Kurbelwelle wird über ein Übertragungselement 8 mittels einer dort vorhandenen Verzahnung 9 auf den Bund 5 der äußeren Nockenwelle 3 übertragen.
Ein Versteller 10 steht stirnseitig mit einer Zentralschraube 1 1 in Verbindung.
Die Zentralschraube 1 1 ist mit ihrer Außenseite mit einer Aktivierungsvorrich- tung 12 in Anlage befindlich. Die Aktivierungsvorrichtung 12 ist als Kugel 13 ausgebildet. Die Kugel 13 ihrerseits ist in Anlage mit einem federnden Element 14 befindlich. Das federnde Element 14, sowie die Kugel 13 ist in einer Durchgangsöffnung 15 in der Hülse 7 der inneren Nockenwelle 2 befindlich. Die Durchgangsöffnung 1 5 ist zweifach gestuft ausgestaltet und weist eine Begren- zung 16 auf, die ein komplettes Austreten der Kugel 13 aus der Durchgangsöffnung 1 5 in Richtung der Zentralschraube bzw. einer Längsachse 17 der No- ckenwellenverstellvorrichtung 1 , also in das radial Innere, verhindert.
Das federnde Element 14 ist während des Einschraubens der Zentralschraube 1 1 in die innere Nockenwelle 2, wie in Fig. 2 dargestellt, nach außen drängbar. Die Kugel 13 gelangt in Anlage mit der Zentralschraube 1 1 , wird radial nach außen gedrückt, und zwingt dadurch das federnde Element 14 ebenfalls radial nach außen. Das federnde Element 14 gelangt dann in Anlage mit einer verstel- lerseitigen oder verstellernahen ersten Schulter, die durch den Bund 5 ausge- bildet ist und bleibt in Anlage mit einer zweiten Schulter, welche verstellerfern von der Durchgangsöffnung 15 durch die Hülse 7 gebildet ist. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch die der zweiten Schulter 19 gegenüberliegende Schulter der Hülse 7 in Anlage mit dem federnden Element 14 befindlich sowie die verstellerferne Schulter des Bundes 5, von der Durchgangsöffnung 15 aus gesehen, in Anlage mit dem federnden Element 14 be- findlich.
Bezugszeichenliste
1 Nockenwellenverstellvorrichtung
2 innere Nockenwelle
3 äußere Nockenwelle
4 länglicher Abschnitt
5 Bund
6 langgestreckter Abschnitt
7 Hülse
8 Übertragungselement
9 Verzahnung
10 Versteller
1 1 Zentralschraube
12 Aktivierungsvorrichtung
13 Kugel
14 fehlendes Element
15 Durchgangsöffnung
16 Begrenzung
17 Längsachse
18 erste Schulter
19 zweite Schulter

Claims

Patentansprüche
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) mit einer inneren Nockenwelle (2), die von einer äußeren Nockenwelle (3) umgeben ist, wobei die beiden Nockenwellen (2, 3) relativ zueinander verdrehbar sind und über eine Zentralschraube (1 1 ) an einem Versteller (10) angebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial federndes Element (14) so zwischen der inneren Nockenwelle (2) und der äußeren Nockenwelle (3) angeordnet ist, dass es in formschlüssigen Kontakt mit den beiden Nockenwellen (2, 3) gelangt, um eine Bewegung der beiden Nockenwellen (2, 3) zueinander in zumindest eine axiale Richtung entlang der Längsachse (17) der beiden Nockenwellen (2, 3) zu blockieren.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Element (14) von einer Aktivierungsvorrichtung (12), wie einer Kugel (13) in Anlage mit sowohl der inneren Nockenwelle (2), als auch der äußeren Nockenwelle (3) bringbar ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (13) im blockierenden Zustand des federnden Elementes (14) der Zentralschraube (1 1 ) in Anlage befindlich ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Element (14) und die Kugel (13) in einer gemeinsamen Durchgangsöffnung (15) der inneren Nockenwelle (2) befindlich sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (15) so bemessen ist, dass die Kugel (13) an einem Austreten aus der inneren Nockenwelle (2) in Richtung des radial Inneren gehindert ist, selbst bei in diesem Bereich fehlender Zentralschraube (1 1 ).
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (15) etwa als Bohrung zweifachgestuft ausgebildet ist und vorzugsweise in einem inneren nockenwellennahen Abschnitt einen runden Querschnitt und in einem äußeren nockenwellennahen Abschnitt einen eckigen Querschnitt aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Element (14) in Anlage mit zumindest einer verstellerseitigen Schulter (18) der äußeren Nockenwelle (3) und einer verstellerfernen Schulter (19) der inneren Nockenwelle befindlich ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Nockenwelle (2) zweiteilig ausgebildet ist und die Durchgangsöffnung (15) in einem hülsenartigen Ende (7) vorhanden ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Nockenwelle (3) zweiteilig ausgebildet ist und die Durchgangsöffnung (15) in einem bundartigen Ende (5) der äußeren Nockenwelle (3) vorhanden ist.
Verbrennungskraftmaschine mit einer Nockenwellenverstellvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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