DE102004051424B4

DE102004051424B4 - Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine und Montagewerkzeug

Info

Publication number: DE102004051424B4
Application number: DE102004051424.0A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Ottersbach Rainer; Dipl.-Ing. Rudolf (FH) Eydam
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2024-10-23
Also published as: DE102004051424A1; US7296547B2; KR20060049135A; CN1769650A; CN100564815C; US20060086331A1; JP2006118509A; KR101223994B1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen Innenrotor (2) aufweist, der relativ zu einem Außenrotor (3) drehbar verstellbar ist, wobei der Innenrotor (2) mittels einer Zentralschraube (4) an einer Nockenwelle (5) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor (2) und der Außenrotor (3) mindestens eine Ausnehmung (6, 7) zum Eingriff eines Montagewerkzeugs (8, 9) aufweisen, über die der lnnenrotor (2) und der Außenrotor (3) drehfest gehalten werden können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen Innenrotor aufweist, der relativ zu einem Außenrotor drehbar verstellbar ist, wobei der Innenrotor mittels einer Zentralschraube an einer Nockenwelle festgelegt ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Montagewerkzeug für die Montage einer solchen Vorrichtung.
Nockenwellenverstellvorrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Beispielsweise in der DE 198 08 618 A1 , in der DE 199 51 391 A1 und in der DE 102 53 496 A1 sind Lösungen beschrieben, bei denen ein Innenrotor über eine Zentralschraube mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verschraubt ist. Der Außenrotor steht über eine Kette oder über einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung. Zwischen Innenrotor und Außenrotor kann – gesteuert über eine äußere hydraulische Beaufschlagung – eine Relativdrehbewegung eingeleitet werden. Hierzu ist der Innenrotor beispielsweise als Flügelrad ausgebildet, in dem Flügel eingeformt oder angeordnet sind. Die Flügel befinden sich in Hydraulikkammern, die im Außenrotor eingearbeitet sind. Durch entsprechende Beaufschlagung der jeweiligen Seite der Hydraulikkammern kann eine Verstellung des Innenrotors relativ zum Außenrotor zwischen einem „Frühanschlag” bis zu einem „Spätanschlag” erfolgen.
Die JP H10-317 923 A zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Montagewerkzeug, wobei das Montagewerkzeug den Innenrotor festhalten kann, wenn die Zentralschraube mit der Nockenwelle verschraubt wird.
Die DE 10 2004 035 077 A1 zeigt ein Verfahren zum Einstellen einer Nockenwellenverstelleinrichtung für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, bei dem ein Rotor eines Nockenwellenverstellers relativ zu einem ihn umgebenden Stator in eine Montagestellung gebracht und dort gehalten wird. Dabei wird der Rotor so weit verstellt, dass das Spiel im Nockenwellenversteller sowie in einem endlos umlaufenden, mit dem Stator gekoppelten, Antriebsmittel ausgeschaltet ist. Anschließend wird der Nockenwellenversteller durch Anziehen einer Schraube mit einer Nockenwelle fest verbunden.
Problematisch ist dabei die Montage der Vorrichtung: Der Innenrotor muss über die Zentralschraube drehfest an der Nockenwelle festgelegt werden. Die Schraube ist hierfür mit einem vorgegebenen Drehmoment anzuziehen; sie wird in die Gewindebohrung in der Nockenwelle eingeschraubt, die sich in Achsrichtung der Nockenwelle erstreckt. Dabei wird die Schraube an ihrer Schlüsselfläche mit dem Anzugsdrehmoment beaufschlagt. Das Gegendrehmoment wird an einer Schlüsselfläche an der Nockenwelle aufgenommen. Durch das Anziehen der Schraube wird der Innenrotor an der Nockenwelle drehfest fixiert. Dabei wird zwangsläufig die gesamte Belastung des Anziehdrehmoments auf die Nockenwelle übertragen. Somit wird auch das Reibmoment zwischen Zentralschraubkopf und Innenrotor an der Klemmfläche zwischen Innenrotor und Nockenwelle übertragen, was zu einem Durchrutschen führen kann. Das wiederum führt dazu, dass sich die Relativposition zwischen Innenrotor und Nockenwelle ändert, was einen Steuerzeitfehler verursacht, der schwerwiegende Konsequenzen haben kann.
Zur Abhilfe ist es prinzipiell möglich, unter die Zentralschraube eine Scheibe unterzulegen, die eine Schlüsselfläche aufweist (z. B. Sechskantscheibe), in die ein Montagewerkzeug eingreifen kann. Dadurch kann beim Anziehen der Zentralschraube über die Unterlegscheibe das Gegendrehmoment weitgehend aufgenommen werden – nur noch das Reibmoment im Gewinde muss über eine Schlüsselfläche an der Nockenwelle aufgenommen werden –, so dass keine Gefahr einer Verdrehung des Innenrotors relativ zur Nockenwelle besteht. Nachteilig ist hier jedoch, dass ein zusätzliches Bauteil erforderlich ist (Unterlegscheibe), das zum einen zusätzliche Kosten verursacht und zum anderen den axialen Bauraum der Nockenwellenverstellvorrichtung erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller der eingangs genannten Art fortzubilden. Es soll also möglich sein, die Zentralschraube, die den Innenrotor mit der Nockenwelle verbindet, fest anzuziehen, ohne dass es zu einer hohen Drehmomentenbelastung zwischen den einzelnen Bauteilen des Nockenwellenverstellers bzw. zwischen Innenrotor und Nockenwelle kommt. Dadurch soll ein leichter Aufbau des Nockenwellenverstellers ermöglicht werden, d. h. es soll eine Dimensionierung auf das Betriebsdrehmoment des Nockenwellenverstellers ausreichend sein. Ferner soll keine Gefahr bestehen, dass sich ein Steuerzeitfehler bei der Montage des Verstellers ergibt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass der Innenrotor und der Außenrotor mindestens eine Ausnehmung zum Eingriff eines Montagewerkzeugs aufweisen, über die der Innenrotor und der Außenrotor drehfest gehalten werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht auch darin, dass der Außenrotor mindestens eine Ausnehmung zum Eingriff eines Montagewerkzeugs aufweist, über die der Außenrotor drehfest gehalten werden kann.
Damit wird erreicht, dass die Aufnahme des Gegendrehmoments zum Anzugsdrehmoment der Zentralschraube direkt am Innenrotor und am Außenrotor oder nur am Außenrotor erfolgt, so dass insbesondere die Verbindung zwischen Innenrotor und Nockenwelle nicht mit einem bzw. nur mit einem geringen Drehmoment belastet wird. Dadurch ist eine relativ leichte Ausführung des Nockenwellenverstellers möglich. Steuerzeitfehler infolge der Übertragung des Anzugsdrehmoments vom Innenrotor zur Nockenwelle sind ausgeschlossen.
Bevorzugt ist die Ausnehmung zum Eingriff des Montagewerkzeugs am Innenrotor an einer konzentrisch zur Drehachse des Innenrotors gebildeten Bohrung angeformt ist. Die Ausnehmung kann auch am Außenrotor an einer konzentrisch zur Drehachse des Außenrotors gebildeten Außenumfangsfläche eingeformt sein.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung als sich radial erstreckende Nut ausgebildet. Sie kann sich in Achsrichtung über einen Teil der axialen Erstreckung der Bohrung im Innenrotor ausdehnen. Dabei kann sich die Ausnehmung von einem inneren Durchmesser bis zu einem äußeren Durchmesser am Innenrotor bzw. am Außenrotor erstrecken.
Eine verbesserte Anlage des Montagewerkzeugs ergibt sich, wenn die Ausnehmung einen in Achsrichtung rückversetzten Bodenbereich aufweist. Der Bodenbereich kann dabei in einen nicht rückversetzt angeordneten Werkzeuganlagebereich übergehen.
Mit Vorteil sind drei über den Umfang verteilte Ausnehmungen in den Innenrotor und in den Außenrotor eingebracht, in die das Montagewerkzeug eingreifen kann. Um das Werkzeug nur in einer Position ansetzen zu können, kann ferner vorgesehen werden, dass die drei Ausnehmungen ungleichmäßig über den Umfang des Innenrotors und des Außenrotors verteilt angeordnet sind.
Fertigungstechnisch hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Ausnehmung durch einen Umformvorgang bzw. durch einen spanlosen Fertigungsvorgang in den Innenrotor und in den Außenrotor eingebracht wird.
Als Material für den Innenrotor kann Sintermetall, z. B. Sinter-Eisenwerkstoff mit Legierungselementen, oder auch nicht-metallischer Werkstoff zum Einsatz kommen, wobei der Innenrotor auch nur teilweise aus den genannten Werkstoffen bestehen kann.
Das erfindungsgemäße Montagewerkzeug für die Montage des Nockenwellenverstellers hat einen hohlzylindrischen Abschnitt, an dem zum Eingriff in die mindestens eine Ausnehmung mindestens ein korrespondierend ausgebildeter Vorsprung angeordnet ist. Eine gute Handhabung des Werkzeugs wird erreicht, wenn an dem hohlzylindrischen Abschnitt ein sich radial erstreckender Greifarm angeordnet ist, der vorzugsweise angeschweißt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine teilweise nur sehr schematisch dargestellte Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine samt Montagewerkzeugen in einem Schnitt (Schnitt A-B gemäß 3),
2 die Einzelheit „T” gemäß 1,
3 die Ansicht „C” gemäß 1 ohne Montagewerkzeuge und nur für den inneren Teil der Vorrichtung und
4 die Ansicht „C” gemäß 1 auf das in den Innenrotor eingreifende Montagewerkzeug.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Nockenwellenversteller 1 zu sehen, bei dem nur sehr schematisch ein Innenrotor 2 und ein Außenrotor 3 skizziert ist, die relativ zueinander mittels einer nicht dargestellten hydraulischen Verstellmechanik zueinander zwischen zwei Endposition eingestellt werden können. Exemplarisch wird auf die DE 101 35 146 A1 hingewiesen, wo die übliche Wirkungsweise eines hydraulischen Nockenwellenverstellers erläutert ist.
Über eine nicht dargestellte Kette wird eine Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Antriebszahnrad 20 hergestellt, das drehfest mit dem Außenrotor 3 verbunden ist. Die nicht dargestellte Verstellmechanik stellt eine relative Drehstellung zwischen Außenrotor 3 und Innenrotor 2 her. Der Innenrotor 2 ist über eine Zentralschraube 4 drehfest mit der Nockenwelle 5 der Brennkraftmaschine verschraubt. Der Innenrotor 2 weist eine Bohrung 11 auf, die konzentrisch zur Drehachse 10 der Nockenwelle 5 eingebracht ist und in deren Zentrum die Zentralschraube 4 angeordnet ist.
Damit beim Festschrauben der Zentralschraube 4 an der Nockenwelle 5 mit relativ hohem Drehmoment kein hohes Drehmoment vom Innenrotor 2 auf die Nockenwelle 5 übertragen werden muss – was zu einer unerwünschten Verdrehung und damit zu Steuerzeitfehlern führen kann –, sind im axialen Randbereich des Innenrotors 2 in die Bohrung 11 Ausnehmungen 6 eingebracht, die in 2 und in 3 im Detail dargestellt sind. Hiernach sind die Ausnehmungen 6 hutförmig ausgestaltet, wobei sie sich vom inneren Durchmesser d_i der Bohrung bis zu einem äußeren Durchmesser d_a erstrecken. Die axiale Erstreckung der Ausnehmungen 6 ist in 2 mit h angegeben; in der Zusammenschau mit 1 ist zu sehen, dass die Erstreckung h nur einen Teil der gesamten Bohrungstiefe ausmacht. Aus 3 geht hervor, dass drei Ausnehmungen 6 im Innenrotor 2 vorgesehen sind, wobei diese nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Zwei Ausnehmungen 6 liegen sich in der Bohrung 11 diametral gegenüber, während die dritte Ausnehmung 6 dazwischen angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass das komplementär zu den Ausnehmungen 6 ausgebildete Werkzeug nur in einer Stellung am Innenrotor 2 angesetzt werden kann.
Aus 2 geht weiter hervor, dass die Ausnehmung 6 einen Bodenbereich 13 aufweist, der gegenüber einem Werkzeuganlagebereich 14 axial zurückversetzt angeordnet ist. Damit wird ein präzises Anlegen des Montagewerkzeugs möglich.
Entsprechend zu den Ausnehmungen 6 am Innenrotor 2 sind Ausnehmungen 7 am Außenrotor 3 angeordnet, die analog ausgebildet sind. Hier erstrecken sich die Ausnehmungen von einem inneren Durchmesser D_i (s. 1) bis zu einem äußeren Durchmesser D_a, der auf Höhe der Außenumfangsfläche 12 des Außenrotors 3 liegt.
Das für die Montage des Innenrotors 2 an der Nockenwelle 5 zum Einsatz kommende Montagewerkzeug 8 für den Eingriff in die Ausnehmungen 6 im Innenrotor 2 ist in 4 skizziert. Es hat an einem hohlzylindrischen Abschnitt 15 drei angeformte Vorsprünge 17, die zu der Form der Ausnehmungen 6 korrespondieren. Ein Greifarm 18 ermöglicht das Halten des Montagewerkzeugs 8 mit entsprechendem Hebel beim Anziehen der Zentralschraube 4.
Das zum Eingriff in den Außenrotor 3 zum Einsatz kommende Montagewerkzeug 9 ist entsprechend dem Montagewerkzeug 8 aufgebaut.
In 1 ist zu sehen, wie die Montagewerkzeuge 8 und 9 an den Nockenwellenversteller 1 angesetzt werden, um die Zentralschraube 4 festzuziehen. Die Montagewerkzeuge 8 und 9 sind dabei in einer vom Nockenwellenversteller 1 abgezogenen Lage skizziert. Das Montagewerkzeug 8 greift mit seinen Vorsprüngen 17 (s. 4) in die Ausnehmungen 6 ein, wodurch durch Festhalten des Greifarms 18 ein Verdrehen des Innenrotors 2 verhindert werden kann. Entsprechend greift das Montagewerkzeug 9 mit seinen am hohlzylindrischen Abschnitt 16 angeordneten nicht dargestellten Vorsprüngen in die Ausnehmungen 7 im Außenrotor 3 ein, wodurch durch Festhalten des Greifarms 19 des Werkzeugs 9 ein Verdrehen des Außenrotors 3 verhindert werden kann. Danach kann mittels einer Anziehnuss 21 die Zentralschraube 4 festgezogen werden, ohne, dass ein nennenswertes Drehmoment an der Nockenwelle 5 gegengehalten werden muss.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung
2: Innenrotor
3: Außenrotor
4: Zentralschraube
5: Nockenwelle
6: Ausnehmung
7: Ausnehmung
8: Montagewerkzeug
9: Montagewerkzeug
10: Drehachse
11: Bohrung
12: Außenumfangsfläche
13: Bodenbereich
14: Werkzeuganlagebereich
15: hohlzylindrischer Abschnitt
16: hohlzylindrischer Abschnitt
17: Vorsprung
18: Greifarm
19: Greifarm
20: Antriebszahnrad
21: Anziehnuss
h: axiale Erstreckung der Ausnehmung
d_i: innerer Durchmesser
d_a: äußerer Durchmesser
D_i: innerer Durchmesser
D_a: äußerer Durchmesser

Claims

Vorrichtung (1) zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, die einen Innenrotor (2) aufweist, der relativ zu einem Außenrotor (3) drehbar verstellbar ist, wobei der Innenrotor (2) mittels einer Zentralschraube (4) an einer Nockenwelle (5) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor (2) und der Außenrotor (3) mindestens eine Ausnehmung (6, 7) zum Eingriff eines Montagewerkzeugs (8, 9) aufweisen, über die der lnnenrotor (2) und der Außenrotor (3) drehfest gehalten werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) am Innenrotor (2) an einer konzentrisch zur Drehachse (10) des Innenrotors (2) gebildeten Bohrung (11) angeformt ist.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor (3) mindestens eine Ausnehmung (7) zum Eingriff eines Montagewerkzeugs (9) aufweist, über die der Außenrotor (3) drehfest gehalten werden kann und die Ausnehmung (7) am Außenrotor (3) an einer konzentrisch zur Drehachse (10) des Außenrotors (3) gebildeten Außenumfangsfläche (12) eingeformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6, 7) als sich radial erstreckende Nut ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmung (6) in Achsrichtung über einen Teil (h) der axialen Erstreckung der Bohrung (11) ausdehnt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmung (6) von einem inneren Durchmesser (d_i) bis zu einem äußeren Durchmesser (d_a) am Innenrotor (2) und die Ausnehmung (7) von einem inneren Durchmesser (D_i) bis zu einem äußeren Durchmesser (D_a) am Außenrotor (3) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (6) am Innenrotor (2) einen in Achsrichtung rückversetzten Bodenbereich (13) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (13) in einen nicht rückversetzt angeordneten Werkzeuganlagebereich (14) übergeht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei über den Umfang verteilte Ausnehmungen (6, 7) in den Innenrotor (2) und in den Außenrotor (3) eingebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Ausnehmungen (6, 7) ungleichmäßig über den Umfang des Innenrotors (2) und des Außenrotors (3) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (6, 7) durch einen Umformvorgang in den Innenrotor (2) und den Außenrotor (3) eingebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor (2) zumindest teilweise aus Sintermetall besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrotor (2) zumindest teilweise aus nicht-metallischem Material besteht.
Montagewerkzeug (8, 9) für die Montage einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hohlzylindrischen Abschnitt (15, 16) aufweist, an dem zum Eingriff in die mindestens eine Ausnehmung (6, 7) mindestens ein korrespondierend ausgebildeter Vorsprung (17) angeordnet ist.
Montagewerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem hohlzylindrischen Abschnitt (15, 16) ein sich radial erstreckender Greifarm (18, 19) angeordnet, insbesondere angeschweißt, ist.