DE102004005795A1

DE102004005795A1 - Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004005795A1
Application number: DE200410005795
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. Leweux; Jens Dipl.-Ing. Meintschel; Rudolf Dipl.-Ing. Reinhardt (Fh); Petra Schulz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung aus einem Getriebe (1) besteht, das von einem Stellantrieb beaufschlagt wird. DOLLAR A Um eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass eine zeit- und kostensparende Befestigung der Vorrichtung an der Nockenwelle möglich ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Getriebe (1) der Vorrichtung nicht lösbar mit der Nockenwelle (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Rohemissionen sowie zur Erhöhung von Leistung und Drehmoment sind Ottomotoren in der Regel mit Vorrichtungen zur Nockenwellenverstellung ausgestattet. Diese verändern die Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle.

Aus er DE 100 38 354 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einem Taumelscheibengetriebe, das über eine Zentralschraube mit der Nockenwelle verbunden ist. Diese Befestigungsart ist sehr aufwändig, da sich die Zentralschraube in der Getriebemitte befindet, so dass das Taumelscheibengetriebe um diese herum gebaut werden muss. Im übrigen besteht weiterer Bauraumbedarf, da auch die Zugänglichkeit der Schraube sicherzustellen ist, da diese bei der Montage angezogen werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass eine zeit- und kostensparende Befestigung der Vorrichtung an der Nockenwelle möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bisher werden Getriebe von Nockenwellenverstellern üblicherweise an die Nockenwelle geschraubt. Diese Schraubverbindung zwischen dem Nockenwellenversteller und der Nockenwelle muss sicher ein Drehmoment übertragen, den Zug von Kette oder Zahnriemen abstützen und die beiden Bauteile gut zueinander positionieren können. Diese Schnittstelle kostet Geld und Bauraum.

Weiterhin sind in der Nockenwelle Vorrichtungen zur Abstützung des Schraubenanzugsmomentes, z.B. Flächen zur Anlage eines Schraubenschlüssels, bei der Befestigung des Nockenwellenverstellers notwendig, die ebenfalls Geld kosten. Aus diesem Grund besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dass der Nockenwellenversteller kleiner, leichter und preiswerter ausfallen kann, da auf separate Befestigungsmittel verzichtet wird. Im übrigen ist eine Verschraubung insbesondere bei Getrieben aus Bauraumgründen als sehr ungünstig zu bewerten, da viele Getriebetypen mittig angeordnete Zahnräder (z.B. Sonnenräder von Planetengetrieben) besitzen, so dass hier kein Platz mehr zur Verfügung steht.

Im übrigen nimmt die Betriebssicherheit bei der Nockenwellenverstellung zu, da mit Wegfall der Schraubverbindungen auch mögliche Versagensquellen entfallen.

Es entsteht eine bauraumsparende und hoch belastbare Verbindung zwischen Nockenwelle und Stellergetriebe. Ferner wird auch noch eine Kostenreduktion dadurch erreicht, dass die Schnittstellen zum Fügen einfacher werden.

Vorteilhafterweise können die Nockenwelle und das mit der Nockenwelle verbundene Bauteil aus unterschiedlichen, für die Anwendung jeweils optimalen Werkstoffen bestehen, da sowohl das Reibschweißen und unten genannte weitere Schweißverfahren als auch das Innenhochdruckumformen eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung von unterschiedlichen Werkstoffpartnern ermöglicht. Die genannten Schweißverfahren ermöglichen insbesondere auch das Verbinden von Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt. Die mechanische Festigkeit der Reibschweißnaht liegt auf dem Niveau des Grundwerkstoffs. Ferner ist durch die hohe Maßhaltigkeit des Verfahrens bezüglich Rundlauf und axialer Position keine Nacharbeit erforderlich. Es ist eine kostengünstige Bearbeitung der Nockenwelle als Einzelteil möglich ohne anspruchsvolle Fügestelle.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen erläutert, und zwar zeigen:
1 eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung aus einem Getriebe besteht, das stoffschlüssig mit der Nockenwelle verbunden ist, und
2 eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung aus einem Getriebe besteht, das formschlüssig und nicht lösbar mit der Nockenwelle verbunden ist.
Die Figuren zeigen eine Vorrichtung 1 zur Winkelverstellung einer Nockenwelle 2 gegenüber einer hier nicht sichtbaren Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Antriebselement 3, über das eine Antriebsverbindung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle 2 verläuft, ein drehfest mit der Nockenwelle 2 verbundenes, die Nockenwelle 2 antreibendes Abtriebselement 4 und ein Stellelement 5 zur Verstellung des Phasenwinkels zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 4, das von einem hier nicht dargestellten Stellantrieb insbesondere einem Elektromotor beaufschlagt wird, wobei auch andere Stellantriebsformen denkbar wären. Das Antriebselement 3 ist im vorliegenden Fall als Kettenrad ausgebildet, welches über eine hier nicht dargestellte Steuerkette von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
Vorzugsweise ist die Verstellvorrichtung 1 als Zahnradgetriebe und insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet, wobei in diesem Fall die drei Elemente 3 bis 5 der Verstelleinrichtung als jeweils eines der Elemente des Planetengetriebes ausgebildet sind. Ein Planetengetriebe besteht aus mindestens einem Hohlrad, mindestens einem Planetenrad, einem Sonnenrad und mindestens einem Planetenradträger. Es sind auch andere Umlaufgetriebearten wie beispielsweise Taumelscheibengetriebe etc. denkbar.
In den Figuren ist die Verstellvorrichtung 1 als zweistufiges, gekoppeltes Planetengetriebe ausgebildet, wobei in diesem Fall die drei Elemente 3 bis 5 der Verstelleinrichtung als Elemente des zweistufigen Planetengetriebes ausgebildet sind und beide Planetengetriebeeinheiten gemeinsame Elemente 5, 9 aufweisen.
Jede Planetengetriebeeinheit weist ein eigenes Hohlrad 3, 6 mit Innenverzahnung 7, 8 auf und teilt sich sowohl das als Sonnenrad ausgebildete Stellelement 5 als auch Planetenräder 9 mit der anderen Planetengetriebeeinheit, wobei das antriebsseitige Hohlrad vom Kettenrad 3 gebildet wird.
Die Hohlräder 3, 6 stehen mit ihren Verzahnungen 7, 8 in Kämmeingriff mit den Verzahnungen 9a, 9b der Planetenräder 9. Die Planetenräder 9 sind im Raum zwischen den Hohlräder 3, 6 und dem als Sonnenrad ausgebildeten Stellelement 5 verteilt angeordnet, d.h. die Planetenräder 9 sind lediglich lose ohne besondere Lagerung eingesetzt. Die axiale Führung der Planetenräder 9 übernimmt eine mit dem Kettenrad 3 verbundene Anlaufscheibe 10 und das mit der Nockenwelle 2 verbundene Abtriebselement 4, das mit dem abtriebsseitigen Hohlrad 6 fest verbunden ist. Die Planetenräder 9 kämmen mit dem Stellelement 5. Die Welle 11 des Stellelementes (Sonnenrad) 5 ist auch gemeinsame Drehachse 12 für das antriebsseitige Hohlrad 3 und das abtriebsseitige Hohlrad 6. In diesem Fall ist eine Ausführung der Verstellvorrichtung 1 sowohl als Plusgetriebe als auch als Minusgetriebe je nach Zähnezahl der beiden Hohlräder 3, 6 möglich. Nach Festlegen der Zähnezahl der Hohlräder 3, 6 kann durch Vertauschen der beiden Hohlräder 3, 6 aus einem Plusgetriebe ein Minusgetriebe und umgekehrt entstehen.
Um eine zeit- und kostensparende Befestigung der Vorrichtung 1 an der Nockenwelle 2 zu ermöglichen, ist das Getriebe der Vorrichtung 1 gemäß 1 und 2 erfindungsgemäß nicht lösbar mit der Nockenwelle 2 verbunden. Die Verbindung von Getriebe 1 und Nockenwelle 2 kann stoffschlüssig oder formschlüssig erfolgen.
1 zeigt die stoffschlüssige Verbindung von Getriebe 1 und Nockenwelle 2. Gemäß 1 ist ein Bauteil 4 des Getriebes stoffschlüssig mit der Nockenwelle 2 verbunden, wobei auch mehrere Bauteile des Getriebes bzw. das komplette Getriebe stoffschlüssig mit der Nockenwelle 2 verbunden werden können. Das Bauteil 4 kann eine wesentliche Baugruppe des Getriebes darstellen und beispielsweise Träger mindestens eines Getriebeelementes 6, Lagerstelle für ein weiteres Getriebeelement 3 auf der Nockenwelle 2 und Gehäuseteil des Getriebes sein.
Im vorliegenden Fall ist das Abtriebselement 4 mittels Schweißen stoffschlüssig mit der Nockenwelle 2 verbunden, wobei als Schweißverfahren insbesondere Reibschweißen, widerstandspreßschweißen oder Kondensatorentladungsschweißen in Frage kommen. Das Antriebselement 4 und die Nockenwelle 2 können aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Das Abtriebselement 4 stellt eine wesentliche Baugruppe des Getriebes dar und zwar ein Gehäuseteil der Vorrichtung 1, ein Träger eines Getrieberades 6 und eine Lagerstelle für das Antriebselement 3 auf der Nockenwelle 2.
2 zeigt die formschlüssige Verbindung von Getriebe 1 und Nockenwelle 2, wobei im vorliegenden Fall das Getriebe 1 und die Nockenwelle 2 mittels Innenhochdruckumformen der Nockenwelle 2 miteinander verbunden werden. Gemäß 2 ist ein Bauteil 4 des Getriebes formschlüssig mit der Nockenwelle 2 verbunden, wobei auch das komplette Getriebe bzw. mehrere Bauteile des Getriebes formschlüssig mit der Nockenwelle 2 verbunden werden können.
Im vorliegenden Fall ist das Abtriebselement 4 mittels Innenhochdruckumformen mit der Nockenwelle 2 verbunden. Die Nockenwelle 2 besteht aus einem Rohr, auf welches das Abtriebselement 4 der Verstellvorrichtung aufgeschoben wird. Beim Innenhochdruckumformen wird das Innere des Nockenwellenrohres gezielt mit Druck beaufschlagt, so dass sich das Rohr auf weitet und die Verstellvorrichtung über das Abtriebselement 4 formschlüssig und nicht lösbar mit der Nockenwelle 2 verbunden wird.

Claims

Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle (2) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung aus einem Getriebe (1) besteht, das von einem Stellantrieb beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1) der Vorrichtung nicht lösbar mit der Nockenwelle (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) stoffschlüssig oder formschlüssig erfolgen kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) mittels Schweißen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) mittels Reibschweißen, Widerstandspreßschweißen oder Kondensatorentladungsschweißen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) mittels Innenhochdruckumformen der Nockenwelle (2) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil (4) des Getriebes (1) stoffschlüssig mit der Nockenwelle (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil (4) eine wesentliche Baugruppe des Getriebes (1) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil (4) ein Gehäuseteil des Getriebes (1), ein Träger mindestens eines Getriebeelementes (6) und eine Lagerstelle für ein weiteres Getriebeelement (3) auf der Nockenwelle (2) darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) und die Bauteile (4) des Getriebes (1) aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Getriebe (1) um ein Umlauf-Summiergetriebe, ein Planetengetriebe oder ein Taumelscheibengetriebe handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil (4) um einen Hohlradträger des Planetengetriebes handelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stellantrieb um einen Elektromotor handelt.