DE102004005795A1 - Camshaft angle adjustment device for internal combustion engine, comprises gearing permanently joined to camshaft - Google Patents

Camshaft angle adjustment device for internal combustion engine, comprises gearing permanently joined to camshaft Download PDF

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Abstract

The device comprises a gearing (1) permanently joined to the camshaft (2). The joint is form-fit or fused connection, preferably obtained by friction welding, electrical resistance press welding or capacitive discharge welding.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for angular adjustment of a Camshaft opposite a crankshaft of an internal combustion engine according to the preamble of claim 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.to Reduction of fuel consumption and raw emissions as well as increase Of power and torque, gasoline engines are usually with devices equipped for camshaft adjustment. These change the Phase angle of the camshaft relative to the crankshaft.

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.Out of he DE 100 38 354 A1 is a generic device for angular displacement of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine known. The device consists of a swash plate gear, which is connected via a central bolt with the camshaft. This type of mounting is very complex, since the central screw is located in the middle of the transmission, so that the swash plate mechanism must be built around this. Moreover, there is further space requirement, as well as the accessibility of the screw is to ensure, as it must be tightened during assembly.

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.Of the Invention is based on the object, a device for angular adjustment a camshaft opposite a crankshaft of an internal combustion engine in such a way that a time and cost saving attachment of the device to the camshaft possible is.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These Task is carried out according to the invention the characterizing features of claim 1 solved.

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.So far Gearboxes of camshaft adjusters are usually connected to the camshaft screwed. This screw connection between the camshaft adjuster and the camshaft must safely transmit a torque, the train of chain or support toothed belt and be able to position the two components well to each other. This interface costs money and space.

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.Farther are in the camshaft devices for supporting the Schraubanzugsmomentes, e.g. surfaces for the installation of a wrench, necessary in the attachment of the camshaft adjuster, which also Costs money. For this reason, there is a significant advantage of Invention in that the camshaft adjuster smaller, lighter and may be cheaper, due to separate fasteners is waived. Furthermore is a screw especially for gearboxes for space reasons as very unfavorable because many types of gears have centrally located gears (e.g. sun gears of planetary gears), so that there is no room left for disposal stands.

Im übrigen nimmt die Betriebssicherheit bei der Nockenwellenverstellung zu, da mit Wegfall der Schraubverbindungen auch mögliche Versagensquellen entfallen.Otherwise takes the reliability in the camshaft adjustment to, as with Elimination of screw connections and possible sources of failure omitted.

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.It creates a space-saving and highly resilient connection between Camshaft and actuator gear. Furthermore, there is also a cost reduction achieved by making the interfaces for joining easier.

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.advantageously, can the camshaft and the component connected to the camshaft from different, for the Application of optimal materials, since both the friction welding and below mentioned further welding processes as well as hydroforming a non-destructive releasable Connection of different material partners allows. The mentioned welding process enable in particular, the joining of steels with high carbon content. The mechanical strength of the friction weld is at the level of the base material. Furthermore, by the high dimensional stability of the proceedings Concentricity and axial position no rework required. It is a low cost Machining of the camshaft as single part possible without demanding joint.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.Further Embodiments and advantages of the invention will become apparent from the other dependent claims and the description.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen erläutert, und zwar zeigen:In the drawings, the invention is explained in two embodiments, and though show:

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 1 a device for angular displacement of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine, wherein the device consists of a gear which is integrally connected to the camshaft, and

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. 2 a device for angular displacement of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine, wherein the device consists of a gear which is positively and non-detachably connected to the camshaft.

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.The figures show a device 1 for the angular adjustment of a camshaft 2 opposite egg ner not visible here crankshaft of an internal combustion engine. The device 1 includes a drive element 3 via which a drive connection from the crankshaft to the camshaft 2 runs, a rotationally fixed with the camshaft 2 connected, the camshaft 2 driving output element 4 and an actuator 5 for adjusting the phase angle between the drive element 3 and output element 4 , which is acted upon by an actuator not shown here, in particular an electric motor, whereby other actuator forms would be conceivable. The drive element 3 is formed in the present case as a sprocket, which is driven by a timing chain, not shown here of the crankshaft of the internal combustion engine.

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.Preferably, the adjusting device 1 designed as a gear transmission and in particular as a planetary gear, in which case the three elements 3 to 5 the adjusting device are each formed as one of the elements of the planetary gear. A planetary gear consists of at least one ring gear, at least one planet gear, a sun gear and at least one planet carrier. There are also other types of planetary gear such as wobble plate gear etc. conceivable.

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.In the figures, the adjusting device 1 formed as a two-stage, coupled planetary gear, in which case the three elements 3 to 5 the adjusting device are designed as elements of the two-stage planetary gear and both planetary gear units common elements 5 . 9 exhibit.

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.Each planetary gear unit has its own ring gear 3 . 6 with internal toothing 7 . 8th on and shares both the trained as a sun gear actuator 5 as well as planet wheels 9 with the other planetary gear unit, wherein the drive-side ring gear from the sprocket 3 is formed.

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.The ring gears 3 . 6 stand with their teeth 7 . 8th in mesh with the gears 9a . 9b the planet wheels 9 , The planet wheels 9 are in the space between the ring gears 3 . 6 and designed as a sun gear actuator 5 arranged distributed, ie the planet gears 9 are only used loosely without special storage. The axial guidance of the planet gears 9 takes one with the sprocket 3 connected thrust washer 10 and that with the camshaft 2 connected output element 4 that with the driven side ring gear 6 is firmly connected. The planet wheels 9 comb with the actuator 5 , The wave 11 of the actuating element (sun wheel) 5 is also common axis of rotation 12 for the drive-side ring gear 3 and the output side ring gear 6 , In this case, an embodiment of the adjusting device 1 both as a plus gear and as a minus gear depending on the number of teeth of the two ring gears 3 . 6 possible. After determining the number of teeth of the ring gears 3 . 6 can by swapping the two ring gears 3 . 6 from a plus gear a minus gear and vice versa arise.

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.To a time and cost-saving attachment of the device 1 on the camshaft 2 to enable is the transmission of the device 1 according to 1 and 2 not detachable according to the invention with the camshaft 2 connected. The connection of transmission 1 and camshaft 2 can be cohesive or positive.

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. 1 shows the cohesive connection of transmission 1 and camshaft 2 , According to 1 is a component 4 of the transmission cohesively with the camshaft 2 connected, with several components of the transmission or the entire gear cohesively with the camshaft 2 can be connected. The component 4 may represent a significant assembly of the transmission and, for example, carrier at least one transmission element 6 , Bearing for another transmission element 3 on the camshaft 2 and housing part of the transmission.

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.In the present case, the output element 4 by means of welding cohesively with the camshaft 2 connected, in particular friction welding, resistance pressure welding or capacitor discharge welding come into question as a welding process. The drive element 4 and the camshaft 2 can consist of different materials. The output element 4 represents a significant assembly of the transmission and that is a housing part of the device 1 , a carrier of a gear wheel 6 and a bearing for the drive element 3 on the camshaft 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. 2 shows the positive connection of transmission 1 and camshaft 2 , in the present case the transmission 1 and the camshaft 2 by hydroforming the camshaft 2 be connected to each other. According to 2 is a component 4 the gearbox form-fitting with the camshaft 2 connected, wherein the entire transmission or multiple components of the transmission form-fitting with the camshaft 2 can be connected.

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.In the present case, the output element 4 by hydroforming with the camshaft 2 connected. The camshaft 2 consists of a tube on which the output element 4 the adjusting device is pushed. When hydroforming the interior of the camshaft tube is deliberately pressurized, so that the tube widens and the adjusting device via the driven element 4 positive and non-releasable with the camshaft 2 is connected.

Claims (12)

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.Device for adjusting the angle of a camshaft ( 2 ) relative to a crankshaft of an internal combustion engine, wherein the device consists of a transmission ( 1 ), which is acted upon by an actuator, characterized in that the transmission ( 1 ) of the device is not detachable with the camshaft ( 2 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) stoffschlüssig oder formschlüssig erfolgen kann.Device according to claim 1, characterized in that the connection of transmission ( 1 ) and camshaft ( 2 ) can be made cohesively or positively. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) mittels Schweißen erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the connection of transmission ( 1 ) and camshaft ( 2 ) by welding. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) mittels Reibschweißen, Widerstandspreßschweißen oder Kondensatorentladungsschweißen erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the connection of transmission ( 1 ) and camshaft ( 2 ) by means of friction welding, resistance pressure welding or capacitor discharge welding. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Getriebe (1) und Nockenwelle (2) mittels Innenhochdruckumformen der Nockenwelle (2) erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the connection of transmission ( 1 ) and camshaft ( 2 ) by hydroforming the camshaft ( 2 ) he follows. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil (4) des Getriebes (1) stoffschlüssig mit der Nockenwelle (2) verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one component ( 4 ) of the transmission ( 1 ) cohesively with the camshaft ( 2 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil (4) eine wesentliche Baugruppe des Getriebes (1) darstellt.Apparatus according to claim 6, characterized in that the at least one component ( 4 ) an essential component of the transmission ( 1 ). 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.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the at least one component ( 4 ) a housing part of the transmission ( 1 ), a carrier of at least one transmission element ( 6 ) and a bearing for a further transmission element ( 3 ) on the camshaft ( 2 ). 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.Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the camshaft ( 2 ) and the components ( 4 ) of the transmission ( 1 ) consist of the same or different materials. 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.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the transmission ( 1 ) is a circulating gear, a planetary gear or a swash plate gear. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil (4) um einen Hohlradträger des Planetengetriebes handelt.Apparatus according to claim 10, characterized in that it is in the component ( 4 ) is a ring gear of the planetary gear. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stellantrieb um einen Elektromotor handelt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator is an electric motor is.
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