DE102008031505A1 - Nockenwelleneinheit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Nockenwelleneinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer über eine Antriebseinheit (10) antreibbaren Nockenwelle (11), mit einer Phasenverstelleinheit (12), die ein Stellgetriebe (13) und eine Steuereinheit (14) mit einem Statorelement (15) und einem Rotorelement (16) aufweist und die dazu vorgesehen ist, eine Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit (10) und der Nockenwelle (11) einzustellen, und mit einer Lagervorrichtung (17), die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der Steuereinheit (14) zu lagern. Es wird vorgeschlagen, dass die Lagervorrichtung (17) dazu vorgesehen ist, radiale Toleranzen zwischen dem Statorelement (15) und dem Rotorelement (16) auszugleichen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Nockenwelleneinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Es sind bereits Nockenwelleneinheiten, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer über eine Antriebseinheit antreibbaren Nockenwelle bekannt. Die Nockenwelleneinheit umfasst eine Phasenverstelleinheit, die ein Stellgetriebe und eine als Bremseinheit ausgeführte Steuereinheit mit einem Statorelement und einem als Abbremselement ausgeführten Rotorelement aufweist. Die Phasenverstelleinheit ist dazu vorgesehen, eine Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit und der Nockenwelle einzustellen. Weiterhin umfasst die Nockenwelleneinheit eine Lagervorrichtung, die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der als Bremseinheit ausgeführten Steuereinheit zu lagern.
- Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine radiale Ausrichtung des Statorelements relativ zur der Nockenwelle zu vereinfachen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung geht aus von einer Nockenwelleneinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer über eine An triebseinheit antreibbaren Nockenwelle, mit einer Phasenverstelleinheit, die ein Stellgetriebe und eine als Bremseinheit ausgeführte Steuereinheit mit einem Statorelement und einem als Abbremselement ausgeführten Rotorelement aufweist und die dazu vorgesehen ist, eine Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit und der Nockenwelle einzustellen, und mit einer Lagervorrichtung, die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der als Bremseinheit ausgeführten Steuereinheit zu lagern.
- Es wird vorgeschlagen, dass die Lagervorrichtung dazu vorgesehen ist, radiale Toleranzen zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement auszugleichen. Unter einem „Statorelement” soll dabei insbesondere ein drehfest angeordnetes Element der Steuereinheit verstanden werden. Unter einem „Rotorelement” soll insbesondere ein zu dem Statorelement korrespondierendes Element verstanden werden. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einer „radialen Toleranz” insbesondere ein Versatz verstanden werden, um den eine Position des Rotorelements relativ zu dem Statorelement von einer idealen Standardposition abweicht. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden.
- Ist die Lagervorrichtung dazu vorgesehen, die radialen Toleranzen auszugleichen, kann auf eine aufwändige Ausrichtung des Statorelements relativ zu der Nockenwelle bzw. relativ zu dem Stellgetriebe mittels einer zusätzlichen Ausgleichsvorrichtung verzichtet werden. Dadurch wird die radiale Ausrichtung vereinfacht und es können Kosten und Bauraum eingespart werden.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass das Statorelement und das Rotorelement lagerfrei zueinander angeordnet sind. Unter „lagerfrei” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass auf eine direkte Lagerung des Rotorelements an dem Statorelement verzichtet wird. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine Lebenserwartung der Phasenverstelleinheit erhöht werden, da auf eine zwischen dem Statorelement und dem Rotorelement angeordnete Lagerung, die durch die Toleranzen beansprucht werden würde, verzichtet wird.
- Ferner wird vorgeschlagen, dass die Lagervorrichtung dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der Steuereinheit gegen die Nockenwelle zu lagern. Dadurch kann eine vorteilhafte Lagerung des Rotorelements einfach erreicht werden.
- Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Lagervorrichtung dazu vorgesehen ist, das Rotorelement gegen die Nockenwelle zu lagern. Dadurch können die radialen Toleranzen mittels des Rotorelements einfach ausgeglichen werden.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lagervorrichtung ein Lagerungselement aufweist, das dazu vorgesehen ist, einen Teil der Steuereinheit und einen Teil des Stellgetriebes zu lagern. Dadurch kann eine besonders einfache und kompakte Lagerung erreicht werden. Unter einem „Lagerungselement” soll insbesondere ein Element verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, Lagerkräfte zu übertragen. Vorzugsweise ist das Lagerungselement gegen die Nockenwelle gelagert. Insbesondere soll dabei auf eine Lagerung des Lagerungselements gegen das Statorelement verzichtet werden.
- Ferner wird vorgeschlagen, dass die Lagervorrichtung eine Lagereinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Lagerelement koaxial zu der Nockenwelle zu lagern. Dadurch kann einfach eine vorteilhafte Lagerung erreicht werden, die eine er findungsgemäße Ausgestaltung erlaubt. Vorzugsweise ist die Lagereinheit als ein Festlager ausgeführt.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Rotorelement und das Lagerungselement axial verschiebbar und drehfest miteinander verbunden sind. Dadurch kann eine einfache Betätigungseinheit für die Steuereinheit gefunden werden.
- Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit eine Betätigungseinheit mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator aufweist, der dazu vorgesehen ist, das Rotorelement axial zu verschieben. Dadurch kann eine Betätigungseinheit bereitgestellt werden, die einfach mittels einer Ansteuereinheit steuerbar ist.
- Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit als Bremseinheit und das Rotorelement als Abbremselement ausgeführt ist. Unter einem „Abbremselement” soll ein drehbar gelagertes Element verstanden werden, dessen Drehzahl mittels des Statorelements abgebremst werden kann.
- Ferner wird vorgeschlagen, dass das Statorelement einen Reibbelag mit einer in Bezug auf das Abbremselement radial vergrößerten Reibfläche aufweist. Dadurch können die Toleranzen besonders einfach mittels des Reibbelags des Statorelements und einem Reibbelag des Abbremselements ausgeglichen werden. Unter „radial vergrößert” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Reibbelag des Statorelements eine Reibfläche aufweist, die ausreichend groß ist, um den Reibbelag des Abbremselements mit einem radialen Versatz, der die Toleranzen ausgleicht, zu dem Reibbelag des Statorelements anzuordnen.
- Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, dass das Stellgetriebe als ein Überlagerungsgetriebe ausgebildet ist. Dadurch kann einfach eine Phasenverstelleinheit realisiert werden. Unter einem „Überlagerungsgetriebe” soll dabei insbesondere ein Zahnradgetriebe mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und einem Stellelement verstanden werden, wobei ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement mittels einer Drehzahl des Stellelements eingestellt werden kann. Als Überlagerungsgetriebe sind beispielsweise Planetengetriebe vorteilhaft, wie insbesondere Stirnradplanetengetriebe. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn das Stellelement drehfest mit dem Lagerungselement der Lagervorrichtung verbunden ist.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass die Bremseinheit eine Federeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Bremseinheit zu öffnen. Dadurch kann auf einen steuerbaren Aktuator zum Öffnen der Bremseinheit verzichtet werden, wodurch Kosten eingespart werden können. Vorzugsweise ist die Federeinheit dazu vorgesehen, das Abbremselement zu bewegen.
- Ferner wird vorgeschlagen, dass die Federeinheit ein Abstützelement aufweist, das von dem Statorelement entkoppelt ist. Dadurch kann eine Verbindung zwischen dem Abbremselement und dem Statorelement vermieden werden. Es wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Abstützelement mit dem Lagerungselement verbunden ist, wodurch das Statorelement besonders einfach von der Federeinheit entkoppelt werden kann. Vorzugsweise ist das Federelement als eine Druckfeder ausgebildet.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
- Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
- Die einzige Figur zeigt eine Nockenwelleneinheit einer Brennkraftmaschine. Die Nockenwelleeinheit weist eine Antriebseinheit
10 auf, die für einen Antrieb mittels einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle vorgesehen ist. Mittels der Antriebseinheit10 wird eine Nockenwelle11 angetrieben, die dazu vorgesehen ist, nicht näher dargestellte Gaswechselventile der Brennkraftmaschine zu öffnen. - Um einen Öffnungszeitpunkt der Gaswechselventile einstellen zu können, weist die Nockenwelleneinheit eine Phasenverstelleinheit
12 auf, mittels der eine Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit10 und der Nockenwelle11 eingestellt werden kann. - Die Phasenverstelleinheit
12 weist ein Stellgetriebe13 auf, das als ein Überlagerungsgetriebe ausgebildet ist. Das Stellgetriebe13 ist als ein 3-Wellen-Minus-Summiergetriebe ausgebildet. Das Stellgetriebe13 weist ein Antriebselement25 , ein Stellelement26 und ein Abtriebselement27 auf. Das Antriebselement25 ist mit der Antriebseinheit10 verbunden und wird mittels der Kurbelwelle angetrieben. Das Abtriebselement27 ist drehfest mit der Nockenwelle11 verbunden. - Das Stellgetriebe
13 ist als ein Planetenradgetriebe ausgebildet. Ein Planetenradträger28 bildet das Antriebselement25 . Auf dem Planetenradträger28 sind zwei Planetenräder29 ,30 angeordnet, die mittels des Planetenradträgers28 auf einer Kreisbahn geführt werden. Die Planetenräder29 ,30 kämmen auf einer radial innen liegenden Seite mit einem Sonnrad31 , das das Stellelement26 bildet. Mit einer gegenüberliegenden Seite kämmen die Planetenräder29 ,30 mit einem Hohlrad32 , das drehfest mit der Nockenwelle11 verbunden ist und das das Abtriebselement27 bildet. - Mittels des Stellelements
26 kann die Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit10 bzw. dem Antriebselement25 und dem Abtriebselement27 eingestellt werden. Weist das Stellelement26 eine Drehzahl auf, die gleich ist wie eine Drehzahl des Antriebselements25 , läuft das Stellgetriebe13 als ein verblocktes Getriebe um und die Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit10 bzw. dem Antriebselement25 und dem Abtriebselement27 bleibt konstant. - Weist das Stellelement
26 eine Drehzahl auf, die kleiner ist als eine Drehzahl des Antriebselements25 , wird für das Abtriebselement27 eine Drehzahl eingestellt, die größer ist als die Drehzahl des Antriebselements25 . Die Phasenbeziehung wird nach Früh verstellt. - Weist das Stellelement
26 eine Drehzahl auf, die größer ist als eine Drehzahl des Antriebselements25 , wird für das Abtriebselement27 eine Drehzahl eingestellt, die kleiner ist als die Drehzahl des Antriebselements25 . Die Phasenbeziehung wird nach Spät verstellt. - Um die Phasenbeziehung verstellen zu können, weist die Phasenverstelleinheit
12 eine Steuereinheit14 auf, mittels der die Drehzahl des Stellelements26 eingestellt werden kann. Die Steuereinheit14 weist ein Rotorelement16 auf, das drehfest mit dem Stellelement26 des Stellgetriebes13 verbunden ist. Weiter weist die Steuereinheit14 ein Statorelement15 auf, das drehfest angeordnet ist. Das Statorelement15 und das Rotorelement16 sind korrespondierend zueinander ausgeführt. Das Statorelement15 ist drehfest mit einem nicht nä her dargestellten Gehäuse der Phasenverstelleinheit12 verbunden. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit
14 als Bremseinheit und das Rotorelement16 als Bremselement ausgeführt. - Um die Phasenbeziehung konstant zu halten, wird mittels einer nicht näher dargestellten Ansteuereinheit eine Neutralstellung der Bremseinheit
14 eingestellt. In der Neutralstellung wirkt zwischen dem Statorelement15 und dem Abbremselement16 eine Bremskraft, bei der die Drehzahl des Antriebselements25 und die Drehzahl des Abtriebselements27 gleich sind. Um die Phasenbeziehung nach Früh zu verstellen, wird die Bremseinheit14 ausgehend von der Neutralstellung weiter geschlossen und die Bremskraft erhöht. Dadurch wird die Drehzahl des Stellelements26 verringert, wodurch die Drehzahl des Abtriebselements27 größer als die Drehzahl des Antriebselements25 wird und die Phasenbeziehung nach Früh verstellt wird. - Um die Phasenbeziehung nach Spät zu verstellen, wird die Bremseinheit
14 ausgehend von der Neutralstellung weiter geöffnet und die Bremskraft verringert. Aufgrund von Schleppmomenten der Nockenwelle11 wird dadurch die Drehzahl des Stellelements26 erhöht und die Drehzahl des Abtriebselements27 verringert. Dadurch ist die Drehzahl des Abtriebselements27 kleiner als die Drehzahl des Antriebselements25 und die Phasenbeziehung wird nach Spät verstellt. - Die Bremseinheit
14 wird mittels einer Betätigungseinheit20 betätigt, die einen elektromagnetischen Aktuator21 aufweist. Der elektromagnetische Aktuator21 ist in das Statorelement15 der Bremseinheit14 eingebracht. Der elektromagnetische Aktuator21 weist einen Elektromagneten33 auf. Wird der Elektromagnet33 bestromt, übt er auf das Abbremselement16 eine Kraft aus, die das Abbremselement16 anzieht. Weiter weist die Bremseinheit14 eine Federeinheit23 auf, die auf das Abbremselement16 eine Kraft ausübt, die der Kraft des elektromagnetischen Aktuators21 entgegengesetzt ist. - Das Abbremselement
16 ist axial verschiebbar angeordnet. Über eine Bestromung des Elektromagneten33 wird eine Anpresskraft und damit die Bremskraft eingestellt. Die Anpresskraft ist dabei eine Differenz zwischen der Kraft des Elektromagneten33 und der Federeinheit23 . - Für eine Lagerung eines Teils der Bremseinheit
14 und eines Teils des Stellgetriebes13 weist die Nockenwelleneinheit eine Lagervorrichtung17 auf, mittels der das Abbremselement16 der Bremseinheit14 und das Stellelement26 des Stellgetriebes13 gelagert sind. Die Lagervorrichtung17 weist ein Lagerungselement18 auf, auf dem das Abbremselement16 drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist. Das Stellelement26 ist drehfest und axial fest mit dem Lagerungselement18 verbunden. - Das Lagerungselement
18 ist mittels einer Lagereinheit19 der Lagervorrichtung17 an der Nockenwelle11 gelagert. Die Nockenwelle11 ist dazu als eine Hohlwelle ausgeführt. Das Lagerungselement18 durchsetzt einen Teil der Nockenwelle11 . Die Lagereinheit19 ist als ein Festlager ausgeführt, das dazu vorgesehen ist, axiale Kräfte aufzunehmen. Mittels der Lagereinheit19 sind das Lagerungselement18 und die Nockenwelle11 koaxial zueinander gelagert. Dadurch sind auch das Abbremselement16 und das Stellelement26 koaxial zu der Nockenwelle11 ausgerichtet. - Auf einer dem Statorelement
15 zugewandten Seite weist das Lagerungselement18 eine Abstützelement24 auf. Das Abstützelement24 ist einstückig mit dem Lagerungselement ausgeführt. Die Federeinheit23 weist ein Federelement35 auf, das mit einem ersten Ende auf dem Abstützelement24 abstützt. Mit einem zweiten Ende stützt sich das Federelement35 an dem Abbremselement16 ab. Das Federelement ist als eine Druckfeder ausgebildet. - Auf der dem Statorelement
15 zugewandten Seite ist das Lagerungselement18 lagerfrei in einer Ausnehmung34 in dem Statorelement15 angeordnet. In radialer Richtung ist das Lagerungselement18 beabstandet zu dem Statorelement15 ausgeführt. Da auf eine Lagerung zwischen dem Statorelement15 und dem Abbremselement16 verzichtet wird, sind das Abbremselement16 und das Statorelement15 radial gegeneinander verschiebbar. Eine maximale radiale Verschiebung wird dabei durch eine Größer der Ausnehmung34 , in der das Lagerungselement angeordnet ist, begrenzt. Die maximale Verschiebung aus einer zentralen Anordnung des Lagerungselements18 in der Ausnehmung34 beträgt 0,5 mm. - Durch Toleranzen in einer Fertigung der Nockenwelleneinheit weisen das Statorelement
15 und die Nockenwelle11 bzw. das Abbremselement16 eine radiale Toleranz auf, mit der sie zueinander ausgerichtet sind. Die radiale Toleranz, die zu einem Versatz zwischen dem Abbremselement16 und dem Statorelement15 führt, wird durch die Lagervorrichtung17 ausgeglichen. - Die Lagervorrichtung
17 , die das Abbremselement16 und das Statorelement15 lagerfrei zueinander anordnet, erlaubt aufgrund der möglichen radialen Verschiebung zwischen dem Abbremselement16 und dem Statorelement15 eine Anordnung des Statorelements15 zu dem Abbremselement16 innerhalb der radialen Toleranzen. Dafür weist ein Reibbelag22 des Statorelements15 eine Reibfläche auf, die in Bezug auf das Abbremselement16 bzw. eine Reibfläche eines Reibbelags36 des Abbremselements16 radial vergrößert ausgeführt ist. Dadurch ist sichergestellt, das der Reibbelag36 des Abbremselements16 stets vollständig deckend mit dem Reibbelag22 des Statorelements15 angeordnet ist.
Claims (14)
- Nockenwelleneinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer über eine Antriebseinheit (
10 ) antreibbaren Nockenwelle (11 ), mit einer Phasenverstelleinheit (12 ), die ein Stellgetriebe (13 ) und eine Steuereinheit (14 ) mit einem Statorelement (15 ) und einem Rotorelement (16 ) aufweist und die dazu vorgesehen ist, eine Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit (10 ) und der Nockenwelle (11 ) einzustellen, und mit einer Lagervorrichtung (17 ), die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der Steuereinheit (14 ) zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (17 ) dazu vorgesehen ist, radiale Toleranzen zwischen dem Statorelement (15 ) und dem Rotorelement (16 ) auszugleichen. - Nockenwelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorelement (
15 ) und das Rotorelement (16 ) lagerfrei zueinander angeordnet sind. - Nockenwelleneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (
17 ) dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der Steuereinheit (14 ) gegen die Nockenwelle (11 ) zu lagern. - Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (
17 ) dazu vorgesehen ist, das Rotorelement (16 ) gegen die Nockenwelle (11 ) zu lagern. - Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (
17 ) ein Lagerungselement (18 ) aufweist, das dazu vorgesehen ist, einen Teil der Steuereinheit (14 ) und einen Teil des Stellgetriebes (13 ) zu lagern. - Nockenwelleneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (
17 ) eine Lagereinheit (19 ) aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Lagerungselement (18 ) koaxial zu der Nockenwelle (11 ) zu lagern. - Nockenwelleneinheit zumindest nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (
16 ) und das Lagerungselement (18 ) axial verschiebbar und drehfest miteinander verbunden sind. - Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (
14 ) eine Betätigungseinheit (20 ) mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator (21 ) aufweist, der dazu vorgesehen ist, das Rotorelement (16 ) axial zu verschieben. - Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit als Bremseinheit (
14 ) und das Rotorelement als Abbremselement (16 ) ausgeführt ist. - Nockenwelleneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorelement (
15 ) einen Reibbelag (22 ) mit einer in Bezug auf das Abbremselement (16 ) radial vergrößerten Reibfläche aufweist. - Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgetriebe (
13 ) als ein Überlagerungsgetriebe ausgebildet ist. - Nockenwelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (
14 ) eine Federeinheit (23 ) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Bremseinheit (14 ) zu öffnen. - Nockenwelleneinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (
23 ) ein Abstützelement (24 ) aufweist, das von dem Statorelement (15 ) entkoppelt ist. - Verfahren für eine Nockenwelleneinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einer über eine Antriebseinheit (
10 ) antreibbaren Nockenwelle (11 ), mit einer Phasenverstelleinheit (12 ), die ein Stellgetriebe (13 ) und eine Steuereinheit (14 ) mit einem Statorelement (15 ) und einem Rotorelement (16 ) aufweist und die dazu vorgesehen ist, eine Phasenbeziehung zwischen der Antriebseinheit (10 ) und der Nockenwelle (11 ) einzustellen, und mit einer Lagervorrichtung (17 ), die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der Steuereinheit (14 ) zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Lagervorrichtung (17 ) radiale Toleranzen zwischen dem Statorelement (15 ) und dem Rotorelement (16 ) ausgeglichen werden.
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