WO2017016866A1 - Verstellnockenwelle - Google Patents

Verstellnockenwelle Download PDF

Info

Publication number
WO2017016866A1
WO2017016866A1 PCT/EP2016/066483 EP2016066483W WO2017016866A1 WO 2017016866 A1 WO2017016866 A1 WO 2017016866A1 EP 2016066483 W EP2016066483 W EP 2016066483W WO 2017016866 A1 WO2017016866 A1 WO 2017016866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inner shaft
shaft
camshaft
adjusting
outer shaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/066483
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Wappler
Michael Kunz
Martin Lehmann
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag filed Critical Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Publication of WO2017016866A1 publication Critical patent/WO2017016866A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-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
    • F01L1/344—Valve-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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod

Definitions

  • the invention relates to a Verstellnockenwelle with an inner shaft and a tubular outer shaft, wherein the inner shaft is rotatably received in the tubular outer shaft and wherein on the outer shaft Verstellnocken institute are rotatably mounted, which are rotationally rigidly connected to the inner shaft, and wherein a phase adjusting device end to the inner shaft and is arranged on the outer shaft, with which the phase angle of the inner shaft is adjustable relative to the phase angle of the outer shaft about a camshaft axis.
  • DE 10 2012 212 250 A1 shows a generic adjusting camshaft with an inner shaft and with a tubular outer shaft, and the inner shaft is rotatably received in the tubular outer shaft.
  • the adjusting cam elements are rotationally rigidly connected to the inner shaft, wherein the pins are passed through recesses in the outer shaft. If the phase adjusting device is activated, the phase angle of the inner shaft changes relative to the phase position of the outer shaft.
  • the inner shaft is usually designed as a solid shaft, and the outer shaft is tubular, so that the inner shaft can be inserted into the outer shaft.
  • the adjusting camshaft with the inner shaft, the outer shaft and the phase adjusting device can be operated individually or in combination with other adjusting camshafts, wherein the drive usually takes place via a traction means by the crankshaft.
  • the arrangement of the one or more adjusting camshafts thereby forms a self-oscillatory system, which includes bending and torsion natural frequencies.
  • a frequency describes a periodic process which repeats with a time interval.
  • the natural frequency describes a state of an undamped system without loss of energy to oscillate periodically after a single excitation in its associated eigenform.
  • the inner shaft is mounted on bearing points in the outer shaft, wherein the predetermined space leads to the fact that the inner shaft must have a small diameter over the entire bearing in the outer shaft. This has the consequence that the stiffness of the inner shaft in comparison to the rigidity of the outer shaft is rather low.
  • a comparatively large mass is arranged on the inner shaft due to the attached phase adjusting device, which further increases the oscillation capability of the system, since the inner shaft assumes the function of a torsion bar on which parts of the phase adjusting device are attached at the end and form a rotational mass oscillator.
  • An internal combustion engine is stimulated by the camshafts, the crankshaft and other integrated units with their higher harmonic excitation frequencies. Due to the wide speed range, the excitation frequencies often reach their natural frequencies, resulting in resonance areas in the system. With resonances, the moments, forces and deflections of the respective vibration are increased.
  • the bending natural frequency of the inner-shaft resonance point is excited by the fourth harmonic and the eighth harmonic of the exciter frequency. It comes to a strong cyclic load on the inner shaft, which possibly leads to damage.
  • the inner shaft is advantageously modified so that at least the rigidity of the inner shaft is increased and thus above all the bending natural frequency is shifted to a higher speed range, which, however, is not always possible for structural reasons.
  • the object of the invention is the development of a Verstellnockenwelle with increased stability in occurring bending and torsional vibrations.
  • a Verstellnockenwelle is to be created with a modified inner shaft, which experiences no damage even with larger vibrations occurring.
  • the weight of the inner shaft should not be increased as far as possible or only slightly, also it is the object of the invention not to change the geometric dimensions of the adjusting camshaft with respect to an installation environment.
  • the invention includes the technical teaching that the inner shaft in the region adjoining the phase adjusting device has at least one material reinforcement region for mechanical reinforcement, by means of which the oscillation behavior of the adjusting camshaft can be influenced.
  • the vibration behavior of the inner shaft is positively influenced, since in addition to an increase in rigidity by the material reinforcement region the applied mass can also fulfill the function of a passive Hilfsmassendämpfers, by which the frequency range of the natural oscillations is converted into a range that is no longer in the main exciter area for vibrational excitation of the inner shaft.
  • the material reinforcement region is advantageously formed from the material of the inner shaft itself, so that the inner shaft merges in its original form in one piece and with uniform material into the material reinforcement region.
  • the material reinforcement region is integrally formed on the inner shaft and forms a geometric configuration of the otherwise uniform material inner shaft.
  • the material reinforcement region is pressed or welded onto the otherwise tubular inner shaft, whereby the increase in the resistance to occurring vibration loads of the inner shaft is achieved in substantially the same way.
  • the material reinforcement region has at least one material thickening which radially projects beyond the cylindrical body of the further inner shaft.
  • the material reinforcement region does not have to be rotationally symmetrical about the camshaft axis, and calculations show that material thickenings distributed over angular segments can be provided by means of which the increase in the strength of the camshaft is also achieved.
  • a number of Materialaufdickitch is provided on the circumference of the inner shaft, which corresponds to the number of Verstellnocken institute which are rotatably received on the outer shaft and connected to the inner shaft torsionally rigid.
  • the material thickenings are provided, for example with respect to the camshaft axis in angular positions on the inner shaft, which are arranged offset to the angular positions of formed on the Verstellnocken instituten cam followers.
  • the material thickenings are formed in the bisectors between the cam crests of the material thickenings.
  • the vibrations occurring in the inner shaft can be longitudinal vibrations, bending vibrations and torsional vibrations, and a superposition of these vibrations forms vibration nodes in which particularly high material tensions occur. If these vibration nodes analyzed, the material thickening in the areas of increased material stresses can be provided, and by increasing the material cross-section by means of the material thickening occurring material stresses are reduced. As a result, the resistance of the inner shaft increases against occurring vibration loads.
  • At least one radial bearing is formed between the inner shaft and the outer shaft.
  • One of the radial bearings lies closest to the phase adjusting device, and advantageously at least one material reinforcement region is provided between the phase adjusting device and the first radial bearing, wherein the first radial bearing forms the radial bearing which is closest to the phase adjusting device.
  • the outer shaft has with further advantage in the material reinforcement region on the inner shaft at least locally enlarged inner diameter. As a result, a space for the material reinforcement region is created, and the outer surface of the outer shaft is advantageously provided in spite of the increased inner diameter with a constant outer diameter. It is also conceivable that the outer shaft has an outer diameter which is also increased in the section of the material reinforcement region in order to achieve an increased resistance moment also in the outer shaft.
  • the material thickening on the cylindrical body of the inner shaft forms a roof edge profile, in particular with a roof angle of 90 °.
  • the material thickening Roof edge profile with an angle of 90 ° the result is a total of a common material reinforcement area with a square cross-section.
  • the edge length of the square cross section corresponds with advantage to the outer diameter of the inner shaft.
  • the cylinder cross section of the inner shaft merges into a square cross section of the material reinforcement region, whereby the roof edge profiles advantageously have outside radii.
  • Figure 1 is a schematic view of a Verstellnockenwelle with a phase adjuster adjacent to the material reinforcement region and
  • Figure 2 is a side view of the adjusting camshaft from the direction of
  • FIG. 1 shows, in a sectional view, an adjusting camshaft 1 with an inner shaft 10, with an outer shaft 1 1 and with a phase adjusting device 16, which is arranged on the inner shaft 10 and on the outer shaft 1 1 at the end.
  • the inner shaft 10 is solid and extends through the tubular outer shaft formed 1. 1 With the phase adjusting device 16 is possible to adjust the phase angle of the inner shaft 10 relative to the phase position of the outer shaft 1 1 about a common camshaft axis 17.
  • adjusting cam elements 12, 13, 14 and 15 are added, which are rotationally rigidly connected to respective pins 22 with the inner shaft 10.
  • the pins 22 pass through the outer shaft 1 1 through corresponding recesses, so that over a limited angular range, the rotation of the Verstellnockenieri 12, 13, 14th and 15 relative to the outer shaft 1 1 is made possible.
  • Fixed cam, which are arranged on the outer shaft 1 1, are not shown simplifying.
  • the inner shaft 10 is rotatably mounted with a plurality of radial bearings 21 in the outer shaft 1 1, wherein simplified only a radial bearing 21 is shown, which forms the first radial bearing 21 between the inner shaft 10 and the outer shaft 1 1, which follows the arrangement of the phase adjuster 16.
  • the material reinforcement region 18 has material thickenings 19, which form a radial thickening, formed at least over a limited angular range, on the otherwise essentially cylindrical inner shaft 10.
  • FIG. 2 represents a cross-sectional view of the adjustment camshaft 1 in the material reinforcement region 18.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the adjusting camshaft 1 and the cross-section is formed in the material-reinforcing region 18.
  • the cross-sectional view makes clear that the material-reinforcing region 18 has material thickenings 19 at locally defined regions.
  • the cross-sectional view shows the cam crests 20 of the plurality of adjusting cam elements 12, 13, 14 and 15, and by way of example the adjusting cam elements 12, 13, 14 and 15 have an angular offset of 90 ° with respect to one another, wherein the illustrated angular positions of the cam crests 20 of the adjusting cam elements 12, 13, 14 and 15 are merely exemplary.
  • the exemplary embodiment shows the material reinforcement region 18 with the material thickenings 19 in angular regions which each have an offset to the angular positions of the adjustment cam elements 12, 13, 14 and 15 with the respective cam rings 20.
  • the material thickenings 19 in the respective bisecting line between two cam rings 20 are the Adjusting cam elements 12, 13, 14 and 15 are formed, whereby a particularly advantageous reinforcement of the inner shaft 10 is achieved in the adjoining the phase adjusting device 16 area. Calculations have shown that occurring bending and torsional vibrations lead to increased material stresses, which lie in particular in the intermediate regions between the cam lugs 20 of the adjusting cam elements 12, 13, 14 and 15.
  • the torsional moments are introduced into the inner shaft 10 via the pins 22, depending on the actuation forces of the valves over a full rotation of the camshaft, for example, four torque peaks on the region of the inner shaft 10 between the Verstellnockenianon 12, 13, 14 and 15 and the phase adjusting device 16 act , Depending on further vibration influences also from the internal combustion engine itself as well as other units on the internal combustion engine, load peaks may occur which make the material thickenings 19 according to the invention necessary. As a result, a failure of the inner shaft 10 is substantially delayed, in particular a fatigue wear on a continuous operation of the adjusting camshaft 1 is avoided or significantly delayed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstellnockenwelle (1) mit einer Innenwelle (10) und mit einer rohrförmigen Außenwelle (11), wobei die Innenwelle (10) in der rohrförmigen Außenwelle (11) drehbar aufgenommen ist und wobei auf der Außenwelle (11) Verstellnockenelemente (12, 13, 14, 15) drehbar angeordnet sind, die mit der Innenwelle (10) drehstarr verbunden sind, und wobei eine Phasenstelleinrichtung (16) endseitig an der Innenwelle (10) und an der Außenwelle (11) angeordnet ist, mit der die Phasenlage der Innenwelle (10) relativ zur Phasenlage der Außenwelle (11) um eine Nockenwellenachse (17) verstellbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Innenwelle (10) im an die Phasenstelleinrichtung (13) angrenzenden Bereich wenigstens einen Materialverstärkungsbereich (18) zur mechanischen Verstärkung aufweist, durch die das Schwingungsverhalten der Verstellnockenwelle beeinflussbar ist.

Description

Verstellnockenwelle
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Verstellnockenwelle mit einer Innenwelle und mit einer rohrförmigen Außenwelle, wobei die Innenwelle in der rohrförmigen Außenwelle drehbar aufgenommen ist und wobei auf der Außenwelle Verstellnockenelemente drehbar angeordnet sind, die mit der Innenwelle drehstarr verbunden sind, und wobei eine Phasenstelleinrichtung endseitig an der Innenwelle und an der Außenwelle angeordnet ist, mit der die Phasenlage der Innenwelle relativ zur Phasenlage der Außenwelle um eine Nockenwellenachse verstellbar ist.
STAND DER TECHNIK
Beispielhaft zeigt die DE 10 2012 212 250 A1 eine gattungsbildende Verstellnockenwelle mit einer Innenwelle und mit einer rohrförmigen Außenwelle, und die Innenwelle ist in der rohrförmigen Außenwelle drehbar aufgenommen. Über Stifte sind die Verstellnockenelemente mit der Innenwelle drehstarr verbunden, wobei die Stifte durch Aussparungen in der Außenwelle hindurchgeführt sind. Wird die Phasenstelleinrichtung aktiviert, verändert sich die Phasenlage der Innenwelle relativ zur Phasenlage der Außenwelle.
Bei derartigen sogenannten konzentrischen Nockenwellen wird die Innenwelle zumeist als Vollwelle ausgeführt, und die Außenwelle ist rohrförmig ausgebildet, sodass die Innenwelle in die Außenwelle eingeführt werden kann. Die Verstellnockenwelle mit der Innenwelle, der Außenwelle und der Phasenstelleinrichtung kann einzeln oder im Verbund mit weiteren Verstellnockenwellen betrieben werden, wobei der Antrieb zumeist über ein Zugmittel durch die Kurbelwelle erfolgt. Die Anordnung der einen oder mehreren Verstellnockenwellen bildet dabei ein in sich schwingungsfähiges System, welches Biege- und Torsionseigenfrequenzen beinhaltet. Unter einer Frequenz wird ein periodischer Vorgang beschrieben, welcher sich mit einem Zeitintervall wiederholt. Die Eigenfrequenz beschreibt einen Zustand eines ungedämpften Systems ohne Energieverlust, nach einmaliger Anregung in seiner zugehörigen Eigenform periodisch zu schwingen. Durch den vorgegebenen Bauraum, die erforderlichen geometrischen Abmessungen der Verstellnockenelemente und durch die vorgegebenen Materialeigenschaften können im Betrieb der Verstellnockenwelle Biege- und Torsionsschwingungen auftreten, die grundsätzlich zu vermeiden sind. Die Innenwelle ist über Lagerstellen in der Außenwelle gelagert, wobei der vorgegebene Bauraum dazu führt, dass die Innenwelle über die komplette Lagerung in der Außenwelle einen kleinen Durchmesser aufweisen muss. Dies hat zur Folge, dass die Steifigkeit der Innenwelle im Vergleich zur Steifigkeit der Außenwelle eher gering ist. Des Weiteren ist durch die angebaute Phasenstelleinrichtung an der Innenwelle eine vergleichsweise große Masse angeordnet, die die Schwingungsfähigkeit des Systems weiter erhöht, da die Innenwelle die Funktion eines Drehstabes einnimmt, an dem Teile der Phasenstelleinrichtung endseitig angebracht sind und einen Drehmassenschwinger bilden.
Eine Brennkraftmaschine wird sowohl durch die Nockenwellen, die Kurbelwelle als auch eingebundene weitere Aggregate mit ihren höheren harmonischen Erregerfrequenzen angeregt. Aufgrund des breiten Drehzahlbereiches erreichen die Erregerfrequenzen häufig ihre Eigenfrequenzen, und es resultieren Resonanzgebiete im System. Bei Resonanzen werden die Momente, Kräfte und Auslenkungen der jeweiligen Schwingung erhöht.
Durch die schlanke Innenwelle und die vergleichsweise große Masse der Phasenstelleinrichtung wird durch die vierte Harmonische sowie die achte Harmonische der Erregerfrequenz die Biegeeigenfrequenz der Innenwellen- Resonanzstelle angeregt. Es kommt zu einer starken zyklischen Belastung der Innenwelle, welche gegebenenfalls zu Schäden führt.
Durch Ermittlung der Eigenfrequenzen des Systems wird die Innenwelle vorteilhaferweise so modifiziert, dass zumindest die Steifigkeit der Innenwelle erhöht wird und damit vor allem die Biegeeigenfrequenz in einen höheren Drehzahlbereich verschoben wird, was jedoch aus baulichen Gründen nicht immer möglich ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Verstellnockenwelle mit einer erhöhten Standfestigkeit bei auftretenden Biege- und Torsionsschwingungen. Insbesondere soll eine Verstellnockenwelle mit einer modifizierten Innenwelle geschaffen werden, die auch bei größeren auftretenden Schwingungen keine Schädigung erfährt. Das Gewicht der Innenwelle soll dabei möglichst nicht oder nur gering vergrößert werden, zudem ist es die Aufgabe der Erfindung, die geometrischen Abmessungen der Verstellnockenwelle in Bezug auf eine Einbauumgebung nicht zu verändern.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Verstellnockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Innenwelle im an die Phasenstelleinrichtung angrenzenden Bereich wenigstens einen Materialverstärkungsbereich zur mechanischen Verstärkung aufweist, durch die das Schwingungsverhalten der Verstellnockenwelle beeinflussbar ist.
Durch einen einfachen Materialverstärkungsbereich an der Innenwelle im an die Phasenstelleinrichtung angrenzenden Bereich hat sich überraschend gezeigt, dass sowohl das Schwingungsverhalten als auch das Widerstandsmoment gegen auftretende Biege- und Torsionsschwingungen erheblich verbessert wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass durch eine Verstärkung der Innenwelle im an die Phasenstelleinrichtung angrenzenden Bereich die Schwingungsbelastbarkeit der Innenwelle in ihrer Gesamtheit deutlich verbessert ist.
Insbesondere wird das Schwingungsverhalten der Innenwelle positiv beeinflusst, da neben einer Steifigkeitserhöhung durch den Materialverstärkungsbereich die aufgebrachte Masse auch die Funktion eines passiven Hilfsmassendämpfers erfüllen kann, durch den der Frequenzbereich der Eigenschwingungen in einen Bereich überführt wird, der nicht mehr im Haupt-Erregerbereich zur Schwingungsanregung der Innenwelle liegt.
Der Materialverstärkungsbereich ist vorteilhafterweise aus dem Material der Innenwelle selbst ausgebildet, sodass die Innenwelle in ihrer ursprünglichen Form einstückig und materialeinheitlich in den Materialverstärkungsbereich übergeht. Insbesondere ist der Materialverstärkungsbereich an die Innenwelle angeformt und bildet eine geometrische Ausgestaltung der ansonsten materialeinheitlichen Innenwelle. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Materialverstärkungsbereich auf die ansonsten rohrförmige Innenwelle aufgepresst oder aufgeschweißt wird, wodurch die Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen auftretende Schwingungsbelastungen der Innenwelle auf im Wesentlichen gleiche Weise erreicht wird.
Mit Vorteil weist der Materialverstärkungsbereich wenigstens eine Materialaufdickung auf, die den zylindrischen Körper der weiteren Innenwelle radial überragt. Der Materialverstärkungsbereich muss nicht rotationssymmetrisch um die Nockenwellenachse ausgebildet sein, und Berechnungen zeigen, dass über Winkelsegmente verteilt Materialaufdickungen vorgesehen werden können, mittels der die Erhöhung der Festigkeit der Nockenwelle ebenfalls erreicht wird.
Beispielsweise ist auf dem Umfang der Innenwelle verteilt eine Anzahl von Materialaufdickungen vorgesehen, die der Anzahl der Verstellnockenelemente entspricht, die drehbar auf der Außenwelle aufgenommen und mit der Innenwelle drehstarr verbunden sind. Die Materialaufdickungen sind beispielsweise mit Bezug auf die Nockenwellenachse in Winkellagen an der Innenwelle vorgesehen, die versetzt zu den Winkellagen von an den Verstellnockenelementen ausgebildeten Nockenkuppen angeordnet sind. Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die Materialaufdickungen in den Winkelhalbierenden zwischen den Nockenkuppen der Materialaufdickungen ausgebildet. Die in der Innenwelle auftretenden Schwingungen können Längsschwingungen, Biegeschwingungen und Torsionsschwingungen sein, und eine Überlagerung dieser Schwingungen bildet Schwingungsknotenpunkte, in denen besonders hohe Materialspannungen auftreten. Werden diese Schwingungsknotenpunkte analysiert, so können die Materialaufdickungen in den Bereichen erhöhter Materialspannungen vorgesehen werden, und durch die Erhöhung des Materialquerschnittes mittels der Materialaufdickungen werden auftretende Materialspannungen reduziert. Im Ergebnis erhöht sich die Widerstandsfähigkeit der Innenwelle gegen auftretende Schwingungsbelastungen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Verstellnockenwelle ist zwischen der Innenwelle und der Außenwelle wenigstens ein Radiallager ausgebildet. Eines der Radiallager liegt dabei der Phasenstelleinrichtung am nächsten, und es ist vorteilhafterweise wenigstens ein Materialverstärkungsbereich zwischen der Phasenstelleinrichtung und dem ersten Radiallager vorgesehen, wobei das erste Radiallager das Radiallager bildet, das der Phasenstelleinrichtung am nächsten liegt.
Die Außenwelle weist mit weiterem Vorteil im Materialverstärkungsbereich an der Innenwelle einen wenigstens lokal vergrößerten Innendurchmesser auf. Dadurch wird ein Bauraum für den Materialverstärkungsbereich geschaffen, und die Außenseite der Außenwelle wird vorteilhafterweise trotz des vergrößerten Innendurchmessers mit einem gleichbleibenden Außendurchmesser versehen. Auch ist es denkbar, dass die Außenwelle einen Außendurchmesser aufweist, der im Abschnitt des Materialverstärkungsbereiches ebenfalls vergrößert ist, um auch in der Außenwelle ein vergrößertes Widerstandsmoment zu erreichen.
Beispielsweise bildet die Materialaufdickung auf dem zylinderförmigen Körper der Innenwelle ein Dachkantprofil insbesondere mit einem Dachwinkel von 90°. Insbesondere dann, wenn auf der Verstellnockenwelle vier Verstellnockenelemente vorgesehen sind und wenn jedem der Verstellnockenelemente ein Materialverstärkungsbereich zugeordnet ist, dann befinden sich vier Materialverstärkungsbereiche im an die Phasenstelleinrichtung angrenzenden Bereich der Innenwelle. Weisen die Materialaufdickungen ein Dachkantprofil mit einem Winkel von 90° auf, so ergibt sich insgesamt ein gemeinsamer Materialverstärkungsbereich mit einem quadratischen Querschnitt. Die Kantenlänge des quadratischen Querschnittes entspricht dabei mit Vorteil dem Außendurchmesser der Innenwelle. Mit anderen Worten geht der Zylinderquerschnitt der Innenwelle über in einen quadratischen Querschnitt des Materialverstärkungsbereiches, wobei vorteilhalfterweise die Dachkantprofile außenseitige Radien aufweisen.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine schematisierte Ansicht einer Verstellnockenwelle mit einem an die Phasenstelleinrichtung angrenzenden Materialverstärkungsbereich und
Figur 2 eine Seitenansicht der Verstellnockenwelle aus Richtung der
Nockenwellenachse.
Figur 1 zeigt in einer geschnittenen Ansicht eine Verstellnockenwelle 1 mit einer Innenwelle 10, mit einer Außenwelle 1 1 und mit einer Phasenstelleinrichtung 16, die endseitig an der Innenwelle 10 und an der Außenwelle 1 1 angeordnet ist. Die Innenwelle 10 ist massiv ausgeführt und erstreckt sich durch die rohrförmig ausgebildete Außenwelle 1 1. Mit der Phasenstelleinrichtung 16 besteht die Möglichkeit, die Phasenlage der Innenwelle 10 relativ zur Phasenlage der Außenwelle 1 1 um eine gemeinsame Nockenwellenachse 17 zu verstellen.
Auf der Außenwelle 1 1 sind Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 aufgenommen, die mit jeweiligen Stiften 22 mit der Innenwelle 10 drehstarr verbunden sind. Auf nicht näher gezeigte Weise durchlaufen die Stifte 22 die Außenwelle 1 1 durch entsprechende Aussparungen, sodass über einen begrenzten Winkelbereich die Verdrehung der Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 relativ zur Außenwelle 1 1 ermöglicht wird. Festnocken, die auf der Außenwelle 1 1 angeordnet sind, sind vereinfachend nicht gezeigt.
Die Innenwelle 10 ist mit mehreren Radiallagern 21 drehbar in der Außenwelle 1 1 gelagert, wobei vereinfacht nur ein Radiallager 21 gezeigt ist, welches das erste Radiallager 21 zwischen der Innenwelle 10 und der Außenwelle 1 1 bildet, das nach der Anordnung der Phasenstelleinrichtung 16 folgt.
Zwischen der Phasenstelleinrichtung 16 und dem Radiallager 21 ist ein Materialverstärkungsbereich 18 angeordnet. Der Materialverstärkungsbereich 18 weist Materialaufdickungen 19 auf, die eine zumindest über einen begrenzten Winkelbereich gebildete radiale Aufdickung auf der ansonsten im Wesentlichen zylindrisch ausgeführten Innenwelle 10 bildet. Eine detailliertere Ansicht des Materialverstärkungsbereiches 18 zeigt Figur 2, die eine Querschnittsansicht der Verstellnockenwelle 1 im Materialverstärkungsbereich 18 darstellt.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Verstellnockenwelle 1 , und der Querschnitt ist gebildet im Materialverstärkungsbereich 18. Durch die Querschnittsansicht wird deutlich, dass der Materialverstärkungsbereich 18 an lokal begrenzten Bereichen Materialaufdickungen 19 aufweist. Durch die Querschnittsansicht sind die Nockenkuppen 20 der mehreren Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 gezeigt, und beispielhaft weisen die Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 zueinander einen Winkelversatz von 90° auf, wobei die gezeigten Winkellagen der Nockenkuppen 20 der Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 lediglich beispielhaft ausgeführt sind.
Das Ausführungsbeispiel zeigt den Materialverstärkungsbereich 18 mit den Materialaufdickungen 19 in Winkelbereichen, die jeweils einen Versatz aufweisen zu den Winkellagen der Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 mit den jeweiligen Nockenkuppen 20. Insbesondere sind die Materialaufdickungen 19 in der jeweiligen Winkelhalbierenden zwischen zwei Nockenkuppen 20 der Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 ausgebildet, wodurch eine besonders vorteilhafte Verstärkung der Innenwelle 10 im an die Phasenstelleinrichtung 16 angrenzenden Bereich erreicht wird. Berechnungen haben gezeigt, dass auftretende Biege- und Torsionsschwingungen zu erhöhten Materialspannungen führen, die insbesondere in den Zwischenbereichen zwischen den Nockenkuppen 20 der Verstellnockenelemente 12, 13, 14 und 15 liegen. Dabei werden die Torsionsmomente in die Innenwelle 10 über die Stifte 22 eingeleitet, wobei abhängig von den Betätigungskräften der Ventile über eine Volldrehung der Nockenwelle beispielsweise vier Drehmomentspitzen auf den Bereich der Innenwelle 10 zwischen den Verstellnockenelementen 12, 13, 14 und 15 und der Phasenstelleinrichtung 16 wirken. Abhängig von weiteren Schwingungseinflüssen auch von der Brennkraftmaschine selbst sowie weiteren Aggregaten an der Brennkraftmaschine können Lastspitzen auftreten, die die erfindungsgemäßen Materialaufdickungen 19 erforderlich machen. Dadurch wird ein Versagen der Innenwelle 10 wesentlich verzögert, insbesondere auch ein Ermüdungsverschleiß über einen Dauerbetrieb der Verstellnockenwelle 1 wird vermieden bzw. erheblich verzögert.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bez u g s ze i c h e n l i s te
Verstellnockenwelle
Innenwelle
Außenwelle
Verstellnockenelement
Verstellnockenelement
Verstellnockenelement
Verstellnockenelement
Phasenstelleinrichtung
Nockenwellenachse
Materialverstärkungsbereich
Materialaufdickungen
Nockenkuppe
Radiallager
Stift

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verstellnockenwelle (1 ) mit einer Innenwelle (10) und mit einer rohrformigen Außenwelle (1 1 ), wobei die Innenwelle (10) in der rohrformigen Außenwelle (1 1 ) drehbar aufgenommen ist und wobei auf der Außenwelle (1 1 ) Verstellnockenelemente (12, 13, 14, 15) drehbar angeordnet sind, die mit der Innenwelle (10) drehstarr verbunden sind, und wobei eine Phasenstelleinrichtung (16) endseitig an der Innenwelle (10) und an der Außenwelle (1 1 ) angeordnet ist, mit der die Phasenlage der Innenwelle (10) relativ zur Phasenlage der Außenwelle (1 1 ) um eine Nockenwellenachse (17) verstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwelle (10) im an die Phasenstelleinrichtung (13) angrenzenden Bereich wenigstens einen Materialverstärkungsbereich (18) zur mechanischen Verstärkung aufweist, durch die das Schwingungsverhalten der Verstellnockenwelle beeinflussbar ist.
Verstellnockenwelle (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialverstärkungsbereich (18) wenigstens eine Materialaufdickung (19) aufweist, die den zylindrischen Körper der weiteren Innenwelle (10) radial überragt.
Verstellnockenwelle (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Umfang der Innenwelle (10) verteilt eine Anzahl von Materialaufdickungen (19) vorgesehen ist, die der Anzahl der Verstellnockenelemente (12, 13, 14, 15) entspricht, die drehbar auf der Außenwelle (1 1 ) aufgenommen und mit der Innenwelle (10) drehstarr verbunden sind.
Verstellnockenwelle (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaufdickungen (19) mit Bezug auf die Nockenwellenachse (17) in Winkellagen an der Innenwelle (10) vorgesehen sind, die versetzt zu den Winkellagen von an den Verstellnockenelementen (12, 13, 14, 15) ausgebildeten Nockenkuppen (20) angeordnet sind.
5. Verstellnockenwelle (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaufdickungen (19) in den Winkelhalbierenden zwischen den Nockenkuppen (20) der Materialaufdickungen (19) ausgebildet sind.
6. Verstellnockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenwelle (10) und der Außenwelle (1 1 ) wenigstens ein Radiallager (21 ) ausgebildet ist, wobei der Materialverstärkungsbereich (18) zwischen der Phasenstelleinrichtung (16) und einem ersten Radiallager (21 ) angeordnet ist.
7. Verstellnockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwelle (1 1 ) im Materialverstärkungsbereich (18) an der Innenwelle (10) einen wenigstens lokal vergrößerten Innendurchmesser aufweist.
8. Verstellnockenwelle (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaufdickung (19) auf dem zylinderförmigen Körper der Innenwelle (10) Dachkantprofile mit einem Dachwinkel von 90° bildet.
9. Verstellnockenwelle (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Verstellnockenelemente (12, 13, 14, 15) auf der Außenwelle (1 1 ) aufgenommen sind, wobei der Materialverstärkungsbereich (18) einen quadratischen Querschnitt aufweist.
10. Verstellnockenwelle (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenlänge des quadratischen Querschnittes dem Außendurchmesser der Innenwelle (10) entspricht.
PCT/EP2016/066483 2015-07-30 2016-07-12 Verstellnockenwelle WO2017016866A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015112475.0A DE102015112475B4 (de) 2015-07-30 2015-07-30 Verstellnockenwelle
DE102015112475.0 2015-07-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017016866A1 true WO2017016866A1 (de) 2017-02-02

Family

ID=56464183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/066483 WO2017016866A1 (de) 2015-07-30 2016-07-12 Verstellnockenwelle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015112475B4 (de)
WO (1) WO2017016866A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160273639A1 (en) * 2012-11-13 2016-09-22 Mahle International Gmbh Camshaft

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100089350A1 (en) * 2008-10-09 2010-04-15 Schaeffler Kg Camshaft phaser for the inner camshaft of a concentric camshaft assembly
US20100242881A1 (en) * 2009-02-17 2010-09-30 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Hydraulic camshaft adjuster having an axial screw plug
US20130152888A1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Hyundai Motor Company Engine that actively varies compression expansion ratio
DE102012105284A1 (de) * 2012-06-18 2013-12-19 Hilite Germany Gmbh Nockenwelleneinrichtung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006036850A1 (de) 2005-08-05 2007-06-14 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Welle wie Nockenwelle, insbesondere für Kraftfahrzeuge
US8096275B2 (en) 2009-09-15 2012-01-17 GM Global Technology Operations LLC Camshaft having a tuned mass damper
DE102012212250A1 (de) 2012-07-12 2014-01-16 Mahle International Gmbh Verbrennungsmotor mit interner Verbrennung sowie Ventiltrieb eines solchen Motors
DE102014107475A1 (de) 2014-05-27 2015-12-03 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Verstellbare Nockenwelle mit verbesserter Ölübergabe zwischen Innenwelle und Außenwelle
DE102014107459A1 (de) 2014-05-27 2015-12-03 Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag Ventilsteuersystem mit einer verstellbaren Nockenwelle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100089350A1 (en) * 2008-10-09 2010-04-15 Schaeffler Kg Camshaft phaser for the inner camshaft of a concentric camshaft assembly
US20100242881A1 (en) * 2009-02-17 2010-09-30 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Hydraulic camshaft adjuster having an axial screw plug
US20130152888A1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Hyundai Motor Company Engine that actively varies compression expansion ratio
DE102012105284A1 (de) * 2012-06-18 2013-12-19 Hilite Germany Gmbh Nockenwelleneinrichtung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160273639A1 (en) * 2012-11-13 2016-09-22 Mahle International Gmbh Camshaft
US9845858B2 (en) * 2012-11-13 2017-12-19 Mahle International Gmbh Camshaft

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015112475B4 (de) 2022-06-23
DE102015112475A1 (de) 2017-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112010001152B4 (de) Fliehkraftpendel
EP2516883A1 (de) Exzentrische spannbuchse
WO2015032398A1 (de) Fliehkraftpendel-anschlagfederelement, fliehkraftpendeleinrichtung sowie komponentenanordnung
WO2015149794A1 (de) Fliehkraftpendeleinrichtung und drehschwingungsdämpfer
DE102006024794A1 (de) Verstellbare Nockenwelle
EP2833018B1 (de) Fliehkraftpendel und Antriebssystem mit Fliehkraftpendel
DE60216417T2 (de) Anordnung mit exzentrischen gewichten in phasenrelation
DE102016200129A1 (de) Fliehkraftpendel
DE10142822A1 (de) Innentilger
EP3183470A1 (de) Fliehkraftpendel und antriebssystem mit solch einem fliehkraftpendel
DE102015207080B3 (de) Pendelstütze
EP3622196B1 (de) Fliehkraftpendeleinrichtung mit einem vorspannelement zur führung der zylinderrollen
EP2734751B1 (de) Verfahren zum fügen von getriebebauteilen
DE102010046163A1 (de) Massenausgleichseinheit
DE102011087535A1 (de) Ausgleichswelle
WO2017016866A1 (de) Verstellnockenwelle
AT521959B1 (de) Zahnrad
DE102006054263B4 (de) Anordnung zum Tilgen von Schwingungen in einem Kraftfahrzeug
WO2011026872A2 (de) Schwingungstilger für einer drehbewegung um eine drehachse überlagerte schwingungen
DE102005005770B4 (de) Frequenzvariabler Tilger, insbesondere für eine Anwendung in Flugzeugen
WO2022008246A1 (de) Spindelantrieb für einen aktuator einer steer-by-wire-lenkvorrichtung eines kraftfahrzeuges sowie steer-by-wire-lenkvorrichtung
EP3111106B1 (de) Fliehkraftpendel
DE102014203061A1 (de) Fliehkraftpendel und Antriebssystem mit Fliehkraftpendel
EP2762314A1 (de) Rotationszylinder
DE102017114514A1 (de) Drehschwingungstilger

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16740988

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16740988

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1