DE102009031934A1

DE102009031934A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102009031934A1
Application number: DE102009031934A
Authority: DE
Inventors: Rainer Ottersbach; Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2011-01-13
Also published as: US8578899B2; WO2011003681A1; CN102472126A; US20120184378A1; CN102472126B

Abstract

Nockenwellenversteller (1), mit einem Stator (3) und einem im Stator (3) angeordneten Rotor (5), welcher Flügel (7) aufweist, die jeweils in einer zwischen Stator (3) und Rotor (5) gebildeten Kammer (9) angeordnet sind, wobei die Flügel (7) ihre jeweilige Kammer (9) in zwei Teilkammern aufteilen und wobei jeder Teilkammer über Ölkanäle (21) Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer Drucköl abführbar ist, so dass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor (5) ausübbar ist, wodurch der Rotor (5) drehbar und damit eine Nockenwellenverstellung einstellbar ist, wobei der Rotor (5) aus einem metallischen Grundgerüst (15) aufgebaut ist, welches axial benachbart eine Verkleidung (17) aus Kunststoff aufweist, in der mindestens einer der Ölkanäle (21) gebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 100 84 408 B4 ist ein Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise bekannt, dessen Antriebselement in Form eines Antriebszahnrads über ein Zugmittel wie eine Kette oder einen Riemen von einer Kurbelwelle angetrieben wird. Drehfest mit dem Antriebsrad verbunden ist ein Stator, in dem ein Rotor verdrehbar zur Erzeugung eines Stellwinkels angeordnet ist. Der Rotor ist drehfest mit einer Nockenwelle verbunden. Nach Maßgabe des Stellwinkels kann eine relative Winkellage zwischen Nockenwelle und Antriebsrad und damit Kurbelwelle beeinflusst werden, was mit einer Veränderung der Steuerzeiten einhergeht. Für eine Ausbildung in Flügelzellenbauweise besitzt der Rotor Flügel, die nach Maßgabe eines Hydraulikdrucks in Steuerkammern des Stators in Umfangsrichtung zur Erzeugung eines Stellwinkels verschieblich sind.
Auf der der Nockenwelle abgewandten Seite ist der Stator mit einer Scheibe ausgebildet, die die Steuerkammern in axialer Richtung begrenzt. Die Kraftverhältnisse zwischen Rotor und Stator werden zusätzlich zu den Hydraulikverhältnissen im Bereich der Flügel beeinflusst durch eine Torsionsfeder.
Ein in der Druckschrift als Verriegelungspin bezeichneter Pin ist in einer Bohrung des Rotors parallel zu der Längsachse des Nockenwellenverstellers verschieblich geführt, wobei die axiale Position des Pins durch die Kraftverhältnisse einer Druckfeder und/oder die Hydraulikverhältnisse im Bereich von Stirnflächen des Pins beeinflussbar ist. Die Scheibe des Stators besitzt eine korrespondierende, in axialer Richtung orientierte sacklochförmige Ausnehmung. Für eine aktivierte Stellung des Pins, insbesondere eine Start-, Zwischen-, Mitten-, Früh- oder Spät-Position, tritt der Pin mit einem Endbereich aus dem Rotor aus und in die Ausnehmung der Scheibe des Stators ein, so dass der Drehfreiheitsgrad zwischen Rotor und Stator begrenzt ist.
Die JP 2000161028 A zeigt einen Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise, bei dem der Rotor aus Aluminium besteht und eine aus Stahl gefertigte Nabe aufweist, die für die Flügel radial ausragende Träger aufweist. Die Stahlnabe ist radial innen liegend in den Aluminiumrotor eingebettet. Durch den Aluminiumrotor wird eine optimale Spieleinstellung zwischen Rotor und Stator erreicht.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der ohne Einschränkungen der mechanischen Belastbarkeit ein besonders niedriges Gewicht hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Angabe eines Nockenwellenverstellers, mit einem Stator und einem im Stator angeordneten Rotor, welcher Flügel aufweist, die jeweils in einer zwischen Stator und Rotor gebildeten Kammer angeordnet sind, wobei die Flügel ihre jeweilige Kammer in zwei Teilkammern aufteilen und wobei jeder Teilkammer über Ölkanäle Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer Drucköl abführbar ist, so dass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor ausübbar ist, wodurch der Rotor drehbar und damit eine Nockenwellenverstellung einstellbar ist, wobei der Rotor aus einem metallischen Grundgerüst aufgebaut ist, welches axial benachbart eine Verkleidung aus Kunststoff aufweist, in der mindestens einer der Ölkanäle gebildet ist.
Die Erfindung schlägt somit erstmals einen Nockenwellenversteller vor, bei dem der mechanisch hoch belastete Rotor zu wesentlichen Teilen aus leichtem Kunststoff besteht, wodurch das Gesamtgewicht erheblich reduziert wird. Trotzdem ergibt sich keine nennenswerte Einschränkung der mechanischen Belastbarkeit des Rotors, was maßgeblich auf den in axialer Richtung gewissermaßen geschichteten Aufbau zurückgeht. Die für die Druckübersetzung nötige Breite des Rotors wird wesentlich über die Kunststoffverkleidung erreicht, wobei die Zentrifugal- und Lagerkräfte auf den Rotor maßgeblich durch das metallische Grundgerüst getragen werden, welches aber axial vergleichsweise dünn und damit leicht gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist das Grundgerüst aus Stahl gebildet, welcher weiter bevorzugt gesintert ist. Durch eine Herstellung über eine Sinterung lassen sich in einfacher Weise auch komplexere Strukturen im Grundgerüst abbilden, ohne den Materialverlust einer spanenden Herstellung.
Bevorzugtermaßen bildet das Grundgerüst eine Nabe für eine zentrale Befestigung des Nockenwellenverstellers. Damit wird ein mechanisch besonders hoch belasteter Teil des Rotors durch das metallische Grundgerüst gebildet, wodurch eine Verschleißfestigkeit gesichert ist.
Bevorzugt bildet das Grundgerüst eine Verriegelungsführung für einen Verriegelungsmechanismus zur Verriegelung einer Rotordrehung. Der Verriegelungsmechanismus ist weiter bevorzugt ein Pin. In einer Verriegelungseinrichtung können erhebliche Kräfte auftreten, die durch die metallische Führung aufgefangen werden.
Vorzugsweise weist das Grundgerüst eine Scheibe mit einer axialen Scheibenbreite und für jeden Flügel ein Flügelgerüst auf, welches sich von der Scheibe radial auswärts erstreckt. Das Flügelgerüst weist radial verlaufende Stege mit einer axialen Stegbreite auf, die größer ist, als die Scheibenbreite. Weiter bevorzugt formt das Flügelgerüst eine Flügelspitze, die sich über die ganze axiale Flügelbreite erstreckt. Durch diesen Aufbau werden die mechanisch belasteten Flügel mittels der Stege der Flügelgerüste stabilisiert, wobei das Grundgerüst sonst als dünne Scheibe ausgeführt und damit besonders leicht ist.
Bevorzugt weist das Grundgerüst eine Ausnehmung auf, in die ein korrespondierender Sockel der Verkleidung so eingreift, dass das Grundgerüst mit der Verkleidung bezüglich in Umfangsrichtung wirkender Kräfte verbunden ist. Die Eingriffsrichtung des Sockels in die Ausnehmung ist vorzugsweise radial. Bevorzugt sind mehrere Ausnehmungen und Sockel vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Verkleidung auf das Grundgerüst aufgespritzt. Hierdurch wird einerseits eine einfache Fertigung erreicht und andererseits eine gute Verbindung zum Grundgerüst.
Bevorzugtermaßen ist die Verkleidung formschlüssig mit dem Grundgerüst verbunden ist. Dies wird vorzugsweise durch den Eingriff der Sockel in die Ausnehmungen erreicht. Dabei können auch axial gegenüberliegende Teile der Verkleidung miteinander verbunden, z. B. verklebt oder verschweißt werden. Dies ist etwa dadurch möglich, dass ein durch eine Ausnehmung des Grundgerüstes hindurch greifender Sockel eines Verkleidungsteils am anderen Verkleidungsteil anschlägt und dort verbunden wird. Vorzugsweise geschieht dies wechselseitig so, dass sowohl von der einen axialen Seite des Grundgerüstes als auch von der anderen axialen Seite jeweils ein oder mehrere Sockel durch Ausnehmungen im Grundgerüst hindurch greifen. Hierdurch werden Kräfte in Umfangsrichtung für alle Verkleidungsteile durch die Sockel und Ausnehmungen abgefangen und nicht über die Kleb- oder Schweißstellen.
Bevorzugt ist die Verkleidung aus mehreren, in Umfangsrichtung angeordneten Teilen aufgebaut, wobei die meisten Teile baugleich sind. Z. B. kann je ein Teil in Umfangsrichtung zwischen je zwei Kammern angeordnet sein und z. B. jeweils einen Sockel für einen Eingriff in das Grundgerüst aufweisen. Das Verkleidungsteil, welches bei der Verriegelungseinrichtung angeordnet ist, kann in der Bauform abweichen und eine Aussparung für die Verriegelungseinrichtung aufweisen. Dieser baukastenartige Aufbau ermöglicht eine einfache Fertigung der Verkleidung, die anschließend mit dem Grundgerüst zusammengebaut wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1: einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller,
3: eine Aufsicht auf ein Grundgerüst eines Rotors,
4 und 5: perspektivische Ansichten des Grundgerüstes aus 3,
6A: eine Aufsicht auf eine Kunststoffverkleidung,
6B: eine Seitenansicht auf die Kunststoffverkleidung aus 6A
7 und 8: Schnitte durch die Kunststoffverkleidung gemäß 6B
9: eine perspektivische Ansicht der Kunststoffverkleidung aus 6A
1 zeigt in einem Längsschnitt einen Nockenwellenversteller 1. der Nockenwellenversteller 1 ist in diesem Beispiel als ein Riemenversteller ausgeführt, dass heißt er wird von einer nicht dargestellten Kurbelwelle mittels eines nicht dargestellten Riemens angetrieben. Der Riemen greift an einem Antriebsrad 6 an, welches mit einem Stator 3 des Nockenwellenverstellers 1 verbunden ist. Über Seitendeckel 8 und 10 schließt der Stator 3 einen Rotor 5 ein und bildet dabei Kammern 9, in die jeweils ein Flügel 7 des Rotors 5 hineinragt. Im gezeigten Beispiel sind fünf Kammern 9 und fünf Flügel 7 vorhanden. Die Flügel 7 unterteilen dabei jeweils ihre Kammer 9 in Umfangsrichtung in je zwei Teilkammern. Durch Zuführung von Drucköl in jeweils eine der beiden Teilkammern und Abfuhr von Drucköl aus der jeweils anderen Teilkammer wird auf die Flügel 7 eine Stellkraft ausgeübt, die zu einem Drehmoment auf den Rotor 5 führt, wodurch sich der Rotor 5 in Umfangsrichtung verstellt. Dadurch ergibt sich auch eine Verstellung der Winkellage des Antriebsrades 6 gegenüber der Nockenwelle 14 und somit die gewünschte Veränderung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle. Der Nockenwellenversteller 1 ist mittels einer zentralen Befestigungsschraube 12 an einer Nockenwelle 14 eines Verbrennungsmotors befestigt. Der Aufbau des Rotors 5 wird im folgenden näher beschrieben.
Ölkanäle 21 führen zu den ersten, hier nicht dargestellten Teilkammern, während auf der nicht sichtbaren Rückseite weitere Ölkanäle zu den jeweils zweiten Teilkammern führen. Mittels eines in einer Verriegelungsführung 23 geführten Verriegelungsmechanismus 25 lässt sich der Rotor 5 gegenüber dem Stator 3 verriegeln, so dass keine Verdrehung möglich ist. Der Rotor 5 ist nun aus einem Stahlgrundgerüst 15 und einer Kunststoffverkleidung 17 aufgebaut, was anhand der folgenden Figuren näher beschrieben wird.
3 zeigt ein Grundgerüst 15 des Rotors 5 aus gesintertem Stahl. Die 4 und 5 zeige die zugehörigen perspektivischen Ansichten von Vorder- und Rückseite. Das Grundgerüst besteht aus einer Scheibe 31, Flügelgerüsten 33 und einer Verriegelungsführung 23. Die Scheibe 31 formt eine Nabe 19, durch die hindurch die Befestigungsschraube 12 geführt wird. Radial nach außen ragend sind fünf Flügelgerüste 33 mit der Scheibe 31 verbunden. Die Flügelgerüste 33 weisen jeweils radial verlaufende Stege 35 auf, an die sich Flügelspitzen 37 anschließen. Die axiale Segbreite B35 des Grundgerüstes ist größer, als die axiale Scheibenbreite B31 und gleich der axialen Breite der Flügelspitze 37. Somit wird lokal durch die Flügelgerüste 33 eine mechanische Versteifung des Grundgerüstes 15 erreicht. Die Verriegelungsführung 23 erstreckt sich ebenfalls über eine axiale Breite, die gleich der axialen Breite der Flügelspitzen 37 ist. Hierdurch wird auch eine axial Abstützung für eine Axiallagerung bereitgestellt, die mechanisch belastbar und verschleißfest ist. Die Formung der Nabe 19 und der Flügelspitzen 37 über das Grundgerüst 15 führt auch zu einer belastbaren Radiallagerung des Rotors 5. Die Scheibe 31 ist gewichtssparend vergleichsweise dünn ausgeführt und weist zudem noch weiter gewichtsreduzierende Aussparungen 41 auf. Diese Aussparungen 41 dienen auch einem Eingriff von Sockeln 43 einer sich axial an beiden Seiten des Grundgerüstes 15 anschließenden Kunststoffverkleidung 17, die im folgenden näher beschrieben wird.
6A zeigt eine Kunststoffverkleidung 17. 6B zeigt eine zugehörige Seitenansicht und die 7 und 8 zeigen die in 6B eingezeichneten Schnitte. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Kunststoffverkleidung 17. Diese wird z. B. auf ein Grundgerüst 15 aufgespritzt oder aber mit diesem zusammengebaut. Die Verkleidung 17 weist die Ölkanäle 21 auf, die das Drucköl zu den Kammern 9 führen. In einem ersten Verkleidungsteil 17A sind die Ölkanäle 21 als Nuten ausgeführt, die im eingebauten Zustand mit den Seitendeckeln des Stators 3 die Ölkanäle 21 bilden. der erste Verkleidungsteil 17A ist axial dünner ausgeführt als ein zweiter, axial auf der anderen Seite des Grundgerüstes 15 angeordneter zweiter Verkleidungsteil 17B. In diesem sind die Ölkanäle 21 als Bohrungen ausgebildet. Die Verkleidung 17 weist Sockel 43 auf, die in ihrer Form und Lage so gestaltet sind, dass sie bei einer Verbindung mit dem Grundgerüst 15 durch dessen Ausnehmungen 41 greifen. Hierdurch ergibt sich eine insbesondere in Umfangsrichtung feste Verbindung des Grundkörpers 15 mit der Verkleidung 17.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10084408 B4 [0002]
- JP 2000161028 A [0005]

Claims

Nockenwellenversteller (1), mit einem Stator (3) und einem im Stator (3) angeordneten Rotor (5), welcher Flügel (7) aufweist, die jeweils in einer zwischen Stator (3) und Rotor (5) gebildeten Kammer (9) angeordnet sind, wobei die Flügel (7) ihre jeweilige Kammer (9) in zwei Teilkammern aufteilen und wobei jeder Teilkammer über Ölkanäle (21) Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer Drucköl abführbar ist, so dass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor (5) ausübbar ist, wodurch der Rotor (5) drehbar und damit eine Nockenwellenverstellung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) aus einem metallischen Grundgerüst (15) aufgebaut ist, welches axial benachbart eine Verkleidung (17) aus Kunststoff aufweist, in der mindestens einer der Ölkanäle (21) gebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem das Grundgerüst (15) aus Stahl gebildet ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 2, bei dem der Stahl gesintert ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem das Grundgerüst (15) eine Nabe (19) für eine zentrale Befestigung (51) des Nockenwellenverstellers (1) bildet.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem das Grundgerüst (15) eine Verriegelungsführung (23) für einen Verriegelungsmechanismus (25) zur Verriegelung einer Rotordrehung bildet.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem das Grundgerüst (15) eine Scheibe (31) mit einer axialen Scheibenbreite (B31) und für jeden Flügel (7) ein Flügelgerüst (33) aufweist, welches sich von der Scheibe (31) radial auswärts erstreckt, welches Flügelgerüst (33) radial verlaufende Stege (35) mit einer axialen Stegbreite (B35) aufweist, die größer ist, als die Scheibenbreite (B31).
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 6, bei dem das Flügelgerüst (33) eine Flügelspitze (37) formt, die sich über die ganze axiale Flügelbreite erstreckt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem das Grundgerüst (15) eine Ausnehmung (41) aufweist, in die ein korrespondierender Sockel (43) der Verkleidung (17) so eingreift, dass das Grundgerüst (15) mit der Verkleidung (17) bezüglich in Umfangsrichtung wirkender Kräfte verbunden ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem die Verkleidung (17) auf das Grundgerüst (15) aufgespritzt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, bei dem die Verkleidung (17) formschlüssig mit dem Grundgerüst (15) verbunden ist.