WO2016184834A1 - Nockenwellenverstelleinrichtung - Google Patents

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WO2016184834A1
WO2016184834A1 PCT/EP2016/060955 EP2016060955W WO2016184834A1 WO 2016184834 A1 WO2016184834 A1 WO 2016184834A1 EP 2016060955 W EP2016060955 W EP 2016060955W WO 2016184834 A1 WO2016184834 A1 WO 2016184834A1
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Martin Lehmann
Uwe Dietel
Michael Kunz
Bernd Mann
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Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • F01L2250/04—Camshaft drives characterised by their transmission means the camshaft being driven by belts

Definitions

  • the present invention relates to a camshaft adjusting device having the features of the preamble of claim 1.
  • Camshafts are used inter alia in internal combustion engines
  • Camshafts have camshaft adjusters to accommodate valve overlap at the various engine speeds. This adjustment improves the cylinder filling and thus the efficiency of the engine.
  • the camshaft adjustment is a phase adjustment between an inner camshaft and an outer camshaft of a concentric camshaft. The phasing allows good engine torque at low engine speeds, good exhaust at idle and high power at high engine speeds. Phase adjustment means that the camshaft opens and closes the valves sooner or later opens and closes.
  • Camshaft adjusters require precise tolerances and alignment to function properly. Component tolerances can lead, for example, to internal shaft misalignment due to radial bearing tolerances.
  • Components come, for example, by bending vibrations of the inner camshaft, which should also be balanced.
  • German publication DE 11 2012 001 009 T5 discloses a variable cam timing assembly having a torsional drive mechanism that allows adjustment of the vertical and axial misalignment of the inner and outer camshafts while a torsionally stiff coupling between the phaser and the inner or outer
  • the torsion drive mechanism has as a compensating element on a transverse split driven wheel.
  • camshaft adjusting which can compensate for both component tolerances and relative movements of the components.
  • a camshaft adjusting device for internal combustion engines of motor vehicles with a camshaft comprising an outer
  • a camshaft adjuster fixed component for transmitting a torque is positively connected to a camshaft-fixed component
  • the compound has receptacles which are formed by corresponding recesses in the camshaft adjuster member and the camshaft fixed component, wherein in each case a convexly shaped rolling elements arranged in the receptacles is.
  • the convexly shaped rolling elements enable a transmission of the torque with simultaneous tolerance compensation of the components in all three spatial directions. It can be provided, the drive torque
  • camshaft adjuster or camshaft side to initiate camshaft adjuster or camshaft side.
  • the camshaft adjuster comprises a housing, with which the stator and a drive element are rotatably connected. It is advantageous if the camshaft adjuster fixed component has the drive element and the camshaft-fixed component comprises the outer camshaft.
  • connection of the two components takes place by means of a coupling wheel applied to the outer camshaft. It is advantageous if the corresponding recesses on the inside of the
  • the receptacles formed by the recesses are distributed uniformly over the circumference.
  • the drive element comprises a gear
  • the outer camshaft and the inner camshaft are formed as hollow shafts and arranged concentrically with each other.
  • the rolling elements are preferably balls or barrel rollers, wherein the
  • Tons rolls are arranged with their axis of rotation substantially parallel to the longitudinal axis.
  • Balls are particularly simple and cost-effective and barrel rollers are particularly well suited for compensating for alignment errors.
  • the position of the rolling elements in the receptacles is preferably secured in the longitudinal direction.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a camshaft adjusting device according to the invention
  • Fig. 2 an enlarged view of the area A from FIG. 1, as well as
  • Fig. 3 a spatial view of the invention
  • the camshaft adjusting device 1 shows a camshaft adjusting device 1 according to the invention, comprising an outer camshaft 2 and an inner camshaft 3.
  • the inner camshaft 3 is disposed concentrically within the outer camshaft 2.
  • the camshaft adjusting device 1 furthermore has a camshaft adjuster 4 with a housing 5.
  • the camshaft adjuster 4 has a rotor 7 rotating about a longitudinal axis 6 and a stator 8 coaxially surrounding the rotor 7.
  • Camshaft adjuster 4 is designed as a pressure medium-actuated rempligelzellenversteller, which can be acted upon by a pressure medium pump with pressure medium via a pressure medium circuit, not shown.
  • the basic structure of the vane cell adjusters will not be further described here, as it may be considered as known in the art.
  • the rotor 7 is rotatably connected to the inner camshaft 3 by means of a central screw 9 (which may include a central valve).
  • the stator 8 is arranged fixed to the housing.
  • the housing 5 has cover plate 10, 11, which are arranged on the end faces 12, 13.
  • the inner camshaft 3 on its outer side 14 on two gradations 15, 16, each forming an annular collar, the gradation 16 serves as a radial seat for the seated on the inner camshaft 3 outer camshaft 2.
  • a coupling wheel 17 is pressed on the outer camshaft 2.
  • the coupling wheel 17 has on the outside 18 evenly distributed over the circumference recesses 19 and is of a
  • the driven gear 20 circumferentially surrounded.
  • the gear wheel 20 has on its outer side 21 a toothing 22 and on its inner side 23 regularly distributed over the inner circumference recesses 24, which form in conjunction with the recesses 19 of the coupling gear 17 receptacles 25 for each rolling element 26.
  • the receptacles 25 extend into Longitudinal direction 6 for receiving so-called barrel rollers 26. Die
  • Barrel rollers 26 are, as shown in Figure 2, barrel-shaped.
  • the gear 20 is frictionally connected to the gear-side cover plate 10 of the housing 5 of the cam adjuster 4 and thus rotatably. It is also conceivable the connection force-positive or cohesive
  • connection of the two components 10, 20 via screws 27, which are arranged in the longitudinal direction 6.
  • the screws 27 are distributed equidistantly around the circumference.
  • the axial positioning of the rolling elements 26 must be done by the geometry of the connection between the coupling gear 17 and the gear itself or as shown in Figure 2, via at least one securing element 28.
  • the torque is introduced via the camshaft adjuster 4 fixed gear 20 and articulated via the rolling elements 26 in engagement with the outer camshaft 2 via the coupling gear 17. Since the rolling elements 26 have a convex and in particular spherical or spherical shape, a tolerance compensation in all three spatial directions is possible.
  • the camshaft adjusting device according to the invention can thus be
  • camshaft adjuster or camshaft side is passed to the valve train.
  • the described elements are multi-part, for example, in another embodiment, the drive element may have a pulley or sprocket and a Wälzianum.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung (1) für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen - mit einer Nockenwelle, aufweisend eine äußere Nockenwelle (2) und eine gegenüber der äußeren Nockenwelle (2) um eine Längsachse (6) drehwinkelverstellbaren inneren Nockenwelle (3), - mit einem Nockenwellenversteller (4) zur Verstellung der äußeren Nockenwelle (2) zur inneren Nockenwelle (3), aufweisend einen drehfest mit der äußeren Nockenwelle (2) verbunden Stator (8) und einen drehfest mit der inneren Nockenwelle (3) verbundenen Rotor (7), wobei ein nockenwellenverstellerfestes Bauteil (20) zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig mit einem nockenwellenfesten Bauteil (17) verbunden ist, und wobei die Verbindung Aufnahmen (25) aufweist, die durch korrespondierende Ausnehmungen (19, 24) im nockenwellenverstellerfesten Bauteil (20) und nockenwellenfesten Bauteil (17) gebildet sind, und wobei in den Aufnahmen (25) jeweils ein konvex ausgeformter Wälzkörper (26) angeordnet ist.

Description

Nockenwellenverstelleinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Nockenwellen werden unter anderem in Verbrennungsmotoren von
Kraftfahrzeugen als Teil eines Ventiltriebs verwendet, um die Ein- und
Auslassventile nach konstruktionsmäßigen Steuerzeiten zu öffnen.
Nockenwellen weisen zur Anpassung der Ventilüberschneidung an die verschiedenen Drehzahlen des Motors Nockenwellenverstelleinrichtungen auf. Durch diese Anpassung verbessert sich die Zylinderfüllung und somit die Effizienz des Motors. Bei der Nockenwellenverstellung handelt es sich um eine Phasenverstellung zwischen einer inneren Nockenwelle und einer äußeren Nockenwelle einer konzentrischen Nockenwelle. Durch die Phasenverstellung kann ein gutes Drehmoment des Motors bei niedrigen Drehzahlen, gutes Abgas im Leerlauf und eine hohe Leistung bei hohen Drehzahlen erzielt werden. Phasenverstellung bedeutet dabei, dass die Nockenwelle die Ventile früher öffnet und schließt bzw. später öffnet und schließt. Dabei ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 023 571 A bekannt, die Nockenwellen so auszugestalten, dass zum einen eine Phasenverschiebung zwischen den beiden über die Konstruktion angesteuerte Gaswechselventile erreicht wird und zum anderen über eine stattfindende Spreizung zweier Teilnockenelemente eine entsprechende Verlängerung des maximalen Trockenhubes ermöglicht wird. Nockenwellenversteller erfordern präzise Toleranzen und Fluchtung, um einwandfrei zu funktionieren. Einzelteiltoleranzen können dazu führen, dass es beispielsweise zur Innenwellenschiefstellung durch Radiallagerungstoleranzen kommt. Weitere kritische Bauteiltoleranzen sind der Planlauf der Innenwelle an der Rotorfläche, der Planlauf des Rotors an der Innenwellenfläche, der Planlauf der Gehäuseinnenseite des Nockenwellenverstellers und der Planlauf der Verbindungsflächen des Nockenwellenverstellers. Es ist daher eine flexible Anbindung der Komponenten der Nockenwellenverstelleinrichtung erforderlich, welche die in der Fertigung entstehenden Toleranzen der Einzelteile der Nockenwelle als auch die des Nockenwellenverstellers ausgleichen kann, um ein Klemmen der Bauteile und einen damit verbundenen Verschleiß und ein erhöhtes notwendiges statisches Verstellmoment zu verhindern. Des Weiteren kann es im Betrieb zu dynamischen Relativbewegungen zwischen den
Bauteilen kommen, beispielsweise durch Biegeschwingungen der inneren Nockenwelle, die ebenso ausgeglichen werden sollten.
Die deutsche Veröffentlichung DE 11 2012 001 009 T5 offenbart eine variable Nockensteuerungsbaugruppe mit einem Torsionsantriebsmechanismus, der das Justieren der lotrechten Stellung und axialen Fluchtungsabweichung der inneren und äußeren Nockenwelle erlaubt, während eine drehsteife Kupplung zwischen dem Nockenwellenversteller und der innere oder äußeren
Nockenwelle der konzentrischen Nockenwelle aufrechterhalten wird. Der Torsionsantriebsmechanismus weist dazu als Ausgleichselement ein quer geteiltes angetriebenes Rad auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Nockenwellenverstelleinrichtung anzugeben, die sowohl Bauteiltoleranzen als auch Relativbewegungen der Bauteile ausgleichen kann.
Diese Aufgabe wird von einer Nockenwellenverstelleinrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist eine Nockenwellenverstelleinrichtung für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen mit einer Nockenwelle, aufweisend eine äußere
Nockenwelle und eine gegenüber der äußeren Nockenwelle um eine
Längsachse drehwinkelverstellbare innere Nockenwelle vorgesehen, mit einem Nockenwellenversteller zur Verstellung der äußeren Nockenwelle relativ zur inneren Nockenwelle aufweisend einen drehfest mit der äußeren Nockenwelle verbunden Stator und einen drehfest mit der inneren Nockenwelle
verbundenen Rotor, wobei ein nockenwellenverstellerfestes Bauteil zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig mit einem nockenwellenfesten Bauteil verbunden ist, wobei die Verbindung Aufnahmen aufweist, die durch korrespondierende Ausnehmungen in dem nockenwellenverstellerfesten Bauteil und dem nockenwellenfesten Bauteil gebildet sind, wobei in den Aufnahmen jeweils ein konvex ausgeformter Wälzkörper angeordnet ist. Die konvex ausgeformten Wälzkörper ermöglichen eine Übertragung des Drehmoments bei gleichzeitigem Toleranzausgleich der Bauteile in alle drei Raumrichtungen. Dabei kann vorgesehen sein, das Antriebsmoment
nockenwellenversteller- oder nockenwellenseitig einzuleiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Nockenwellenversteller ein Gehäuse auf, mit dem der Stator und ein Antriebselement drehfest verbunden sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das nockenwellenverstellerfeste Bauteil das Antriebselement aufweist und das nockenwellenfeste Bauteil die äußere Nockenwelle umfasst.
Vorzugsweise erfolgt die Verbindung der beiden Bauteile mittels eines auf der äußeren Nockenwelle aufgebrachten Koppelrads. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die korrespondierenden Ausnehmungen auf der Innenseite des
Antriebselements einerseits und auf der Außenseite des Koppelrads
andererseits angeordnet sind . Vorzugsweise sind die von den Ausnehmungen gebildeten Aufnahmen gleichmäßig über den Umfang verteilt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Antriebselement ein Zahnrad .
Vorzugweise sind die äußere Nockenwelle und die innere Nockenwelle als Hohlwellen ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet.
Die Wälzkörper sind bevorzugt Kugeln oder Tonnenrollen, wobei die
Tonnenrollen mit ihrer Rotationsachse im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnet sind. Kugeln sind besonders einfach und kostengünstig und Tonnenrollen eigenen sich besonders gut zum Ausgleichen von Fluchtfehlern.
Die Lage der Wälzkörper in den Aufnahmen ist vorzugsweise in Längsrichtung gesichert.
Es ist weiterhin vorgesehen, das Antriebselement mit dem Gehäuse
kraftschlüssig mittels Schrauben zu verbinden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig . 1 : einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung,
Fig . 2 : eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A aus Figur 1, sowie
Fig . 3 : eine räumliche Ansicht der erfindungsgemäßen
Nockenwellenverstelleinrichtung .
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung 1, aufweisend eine äußere Nockenwelle 2 und eine innere Nockenwelle 3 dargestellt. Die innere Nockenwelle 3 ist konzentrisch innerhalb der äußeren Nockenwelle 2 liegend angeordnet. Die Nockenwellenverstelleinrichtung 1 weist weiterhin einen Nockenwellenversteller 4 mit einem Gehäuse 5 auf. Der Nockenwellenversteller 4 weist einen um eine Längsachse 6 rotierenden Rotor 7 und einen den Rotor 7 koaxial umgebenden Stator 8 auf. Der
Nockenwellenversteller 4 ist als druckmittelbetätigbarer Flügelzellenversteller ausgebildet, welcher über einen nicht dargestellten Druckmittelkreislauf mit einer Druckmittelpumpe mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Der Grundaufbau der Flügelzellenversteller wird hier nicht weiter beschrieben, da er als im Stand der Technik bekannt angesehen werden kann. Der Rotor 7 ist mit der inneren Nockenwelle 3 mittels einer Zentralschraube 9 (die ein Zentralventil beinhalten kann) drehfest verbunden. Der Stator 8 ist gehäusefest angeordnet. Das Gehäuse 5 weist Abdeckplatte 10, 11 auf, die an den Stirnseiten 12, 13 angeordnet sind.
Außerhalb des Gehäuses 5 weist die innere Nockenwelle 3 auf ihrer Außenseite 14 zwei Abstufungen 15, 16 auf, die jeweils einen Ringbund bilden, wobei die Abstufung 16 als radialer Sitz für die auf der inneren Nockenwelle 3 sitzende äußere Nockenwelle 2 dient. Auf die äußere Nockenwelle 2 ist ein Koppelrad 17 aufgepresst. Das Koppelrad 17 weist auf der Außenseite 18 gleichmäßig über den Umfang verteilte Ausnehmungen 19 auf und ist von einem
angetriebenen Zahnrad 20 umfangseitig umgeben. Das Zahnrad 20 weist auf seiner Außenseite 21 eine Verzahnung 22 und auf seiner Innenseite 23 regelmäßig über den Innenumfang verteilte Ausnehmungen 24 auf, die im Zusammenspiel mit den Ausnehmungen 19 des Koppelrads 17 Aufnahmen 25 für jeweils einen Wälzkörper 26 bilden. Die Aufnahmen 25 erstrecken sich in Längsrichtung 6 zur Aufnahme von sogenannten Tonnenrollen 26. Die
Tonnenrollen 26 sind, wie in Figur 2 dargestellt, fassförmig ausgebildet. Das Zahnrad 20 ist mit der zahnradseitigen Abdeckplatte 10 des Gehäuses 5 des Nockenverstellers 4 kraftschlüssig und somit drehfest verbunden. Es ist auch denkbar die Verbindung kraft-formschlüssig oder stoffschlüssig
auszugestalten. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung der beiden Bauteile 10, 20 über Schrauben 27, die in Längsrichtung 6 angeordnet sind. Wie in Figur 3 gezeigt, sind die Schrauben 27 über den Umfang äquidistant verteilt.
Die axiale Positionierung der Wälzkörper 26 muss durch die Geometrie der Verbindung zwischen dem Koppelrad 17 und dem Zahnrad selbst oder wie in der Figur 2 gezeigt, über mindestens ein Sicherungselement 28 erfolgen.
Das Drehmoment wird über das mit dem Nockenwellenversteller 4 festen Zahnrad 20 eingeleitet und über die im Eingriff stehende Wälzkörper 26 an die äußere Nockenwelle 2 über das Koppelrad 17 gelenkig übertragen. Da die Wälzkörper 26 eine konvexe und insbesondere ballige oder kugelige Form aufweisen, ist ein Toleranzausgleich in alle drei Raumrichtungen möglich. Die erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung kann somit
Bauteiltoleranzen als auch Relativbewegungen der Bauteile ausgleichen.
Für den Ausgleich ist es nicht relevant, ob das Antriebsmoment
nockenwellenversteller- oder nockenwellenseitig an den Ventiltrieb geleitet wird.
Es ist auch möglich, dass die beschriebenen Elemente mehrteilig sind, beispielsweise kann in einer anderen Ausführungsform das Antriebselement ein Riemenrad oder Kettenrad und einen Wälzkörperträger aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) für Verbrennungsmotoren von
Kraftfahrzeugen
- mit einer Nockenwelle, aufweisend eine äußere Nockenwelle (2) und eine gegenüber der äußeren Nockenwelle (2) um eine Längsachse (6) drehwinkelverstellbare innere Nockenwelle (3),
- mit einem Nockenwellenversteller (4) zur Verstellung der äußeren Nockenwelle (2) relativ zur inneren Nockenwelle (3), aufweisend einen drehfest mit der äußeren Nockenwelle (2) verbunden Stator (8) und einen drehfest mit der inneren Nockenwelle (3) verbundenen Rotor (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein nockenwellenverstellerfestes Bauteil (20) zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig mit einem nockenwellenfesten Bauteil (17) verbunden ist, wobei die Verbindung Aufnahmen (25) aufweist, die durch korrespondierende Ausnehmungen (19, 24) in dem nockenwellenverstellerfesten Bauteil (20) und dem nockenwellenfesten Bauteil (17) gebildet sind, und wobei in den
Aufnahmen (25) jeweils ein konvex ausgeformter Wälzkörper (26) angeordnet ist.
2. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (4) ein Gehäuse (6) aufweist, mit dem der Stator (8) und ein Antriebselement (20) drehfest verbunden sind .
3. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das nockenwellenverstellerfeste Bauteil das Antriebselement (20) aufweist und das nockenwellenfeste Bauteil (17) die äußere Nockenwelle (2) umfasst.
4. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbindung mittels eines auf der äußeren Nockenwelle (2) aufgebrachten Koppelrads (17) erfolgt.
5. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Ausnehmungen (19, 24) auf der Innenseite (23) des Antriebselements (20) und auf der
Außenseite (21) des Koppelrads (17) angeordnet sind .
6. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (20) ein Zahnrad umfasst.
7. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Nockenwelle (2) und die innere Nockenwelle (3) als Hohlwellen ausgebildet sind und konzentrisch zueinander angeordnet sind .
8. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (26) Kugeln oder Tonnenrollen sind, wobei die Tonnenrollen mit ihrer Rotationsachse im Wesentlichen parallel zur Längsachse (6) angeordnet sind .
9. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Wälzkörper (26) in den Aufnahmen (25) in Längsrichtung (6) gesichert ist.
10. Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (20) mit dem Gehäuse (5) kraftschlüssig mittels Schrauben verbunden ist.
PCT/EP2016/060955 2015-05-18 2016-05-17 Nockenwellenverstelleinrichtung WO2016184834A1 (de)

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