DE102010018202A1

DE102010018202A1 - Nockenwellenverstellsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010018202A1
Application number: DE102010018202A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Rainer Ottersbach; Dirk Heintzen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-10-27
Also published as: WO2011134751A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellsystem (1) für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Nockenwellenversteller (5) mit einer Statoreinheit (9) und einer in der Statoreinheit (9) drehbeweglich angeordneten Rotoreinheit (11), wobei die Rotoreinheit (11) und die Statoreinheit (9) durch eine Zentralschraube (47) zueinander positioniert sind. Hierbei ist ein Nockenwellenadapter (7) zur axialen Anbindung des Nockenwellenverstellers (5) an eine Nockenwelle (3) vorgesehen. Das Nockenwellenverstellsystem (1) ermöglicht eine kostenreduzierte Herstellung und Montage eines Nockenwellenverstellers (5) direkt bei einer Motormontage.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Nockenwellverstellsystem für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Nockenwellenversteller mit einer Statoreinheit und einer in der Statoreinheit drehbeweglich angeordneten Rotoreinheit, wobei die Rotoreinheit und die Statoreinheit durch eine Zentralschraube zueinander positioniert sind.
Hintergrund der Erfindung
Ein Nockenwellenversteller dient der gezielten Verstellung der Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle in einer Brennkraftmaschine. Hierzu weist ein Nockenwellenversteller üblicherweise einen drehest mit einer Kurbelwelle verbundenen Stator und einen in diesem Stator gehaltenen Rotor auf.
Im eingebauten Zustand ist der Rotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden und kann gegenüber dem Stator verstellt werden, wodurch in einem vorbestimmten Winkelbereich eine Drehung der Nockenwelle gegenüber dem Stator erreicht werden kann. Hierdurch kann beispielsweise gezielt die Leistung einer Brennkraftmaschine erhöht oder deren Verbrauch gesenkt werden.
Aus der DE 101 43 862 A1 ist ein Nockenwellenverstellsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller bekannt. Der Nockenwellenversteller weist eine Statoreinheit und eine in der Statoreinheit positionierte Rotoreinheit auf. Die Statoreinheit und die Rotoreinheit sind axial und radial durch Formschlusselemente am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle durch eine zentrale Befestigungsschraube fixiert.
Die Formschlusselemente sind in einem Ausführungsbeispiel durch einen an der Stirnseite der Nockenwelle angeformten Zapfen sowie einen eingearbeiteten stufenförmigen Absatz gebildet. Die Rotoreinheit weist eine auf den Durchmesser des Zapfens erweiterte Axialbohrung auf, mit der sie auf den Zapfen aufgesteckt und somit radial formschlüssig an der Nockenwelle fixiert werden kann. Über eine zentrale Befestigungsschraube können die Bauteile in axialer Richtung und in Umfangsrichtung kraftschlüssig an der Nockenwelle fixiert werden.
Diese Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle bedingt jedoch die Bearbeitung zumindest einer Seite der Nockenwelle zur fachgerechten Anbringung eines Nockenwellenverstellers vor der Montage. Hierdurch erhöhen sich sowohl die Herstellungskosten als auch der Montageaufwand. Weiterhin ist eine ausreichende axiale Beabstandung der Bauteile zur Aufrechterhaltung der Funktion des Nockenwellenverstellers nicht zwingend gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, ein Nockenwellenverstellsystem anzugeben, welches kostengünstig herzustellen und einfach an einer Nockenwelle zu montieren ist.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Nockenwellenverstellsystem mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1.
Demnach umfasst das Nockenwellenverstellsystem für eine Brennkraftmaschine einen Nockenwellenversteller mit einer Statoreinheit und einer in der Statoreinheit drehbeweglich angeordneten Rotoreinheit, wobei die Rotoreinheit und die Statoreinheit durch eine Zentralschraube zueinander positioniert sind. Hierbei ist ein Nockenwellenadapter zur axialen Anbindung des Nockenwellenverstellers an eine Nockenwelle vorgesehen.
Die Erfindung berücksichtigt, dass bei zu geringer axialer Beabstandung der Rotoreinheit von der Statoreinheit keine störungsfreie Funktion eines Nockenwellenverstellers gewährleistet werden kann. Der Einsatz von Nockenwellenverstellern mit einem Schraubverband zur Befestigung des stirnseitigen Dichtdeckels der Rotoreinheit zur Statoreinheit behebt dieses Problem zwar, jedoch erfordert diese Ausgestaltung die Verwendung mehrere Bauteile und dadurch bedingt einen erhöhten Kosten- und Montageaufwand.
Unter Berücksichtigung dessen erkennt die Erfindung, dass zur Verringerung separater Bauteile und zur Minimierung des Montageaufwands Nockenwellenversteller eingesetzt werden, deren Rotoreinheit und Statoreinheit nur mittels einer Zentralschraube axial an der Nockenwelle fixiert werden. Hierdurch entfallen insbesondere zusätzliche Befestigungselemente. Die Bauteile selbst können einfacher ausgestaltet sein. Allerdings kann hierbei beispielsweise bei einem zu hohen Anschraubmoment der Zentralschraube keine ausreichende Beabstandung der Rotoreinheit und der Statoreinheit gewährleistet werden. Die Aufnahmeseite der Nockenwelle muss teils aufwändig bearbeitet werden.
Die Erfindung löst diese Problematik durch die Verwendung eines Nockenwellenadapters, der zur Befestigung des Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle ausgebildet ist. Der Nockenwellenadapter positioniert die Rotoreinheit und die Statoreinheit zueinander und erlaubt eine einfache Fixierung an der Nockenwelle. Der Nockenwellenadapter erlaubt eine einfache Befestigung an der Nockenwelle ohne dass eine Bearbeitung der Nockenwelle zur fachgerechten Anbringung eines Nockenwellenverstellers notwendig ist. Insofern kann auf eine gegeben Nockenwelle und einen gegebenen Nockenwellenversteller zurückgegriffen werden. Die Anbindung erfolgt über den dazwischen angeordneten Nockenwellenadapter. Der Nockenwellenadapter ist beispielsweise formschlüssig mit der Nockenwelle verbunden, insbesondere zentriert. Die Bauteile des Nockenwellenverstellers können über die Zentralschraube axial hintereinander liegend an der Nockenwelle miteinander verspannt werden. Der Nockenwellenadapter ermöglicht nun die Einstellung des notwendigen Axialspiels der Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit. Dazu kann sich die von der Zentralschraube erfasste Rotoreinheit beispielsweise entsprechend axial am Nockenwellenadapter abstützen. Die Statoreinheit ist dann am Nockenwellenadapter selbst oder an der Nockenwelle gelagert.
Insgesamt kann der Nockenwellenversteller durch die Verwendung des Nockenwellenadapters als eine gemeinsame Baugruppe in die Montagelinie eingebracht werden, so dass die Befestigung des Nockenwellenverstellers mit geringem Aufwand und Kosten insbesondere direkt beim Kunden erfolgen kann. Die einzelnen Bauteile können nacheinander zusammengefügt werden. Dazu wird zuerst der Nockenwellenadapter auf die Nockenwelle aufgesetzt. Anschließend wird der Nockenwellenversteller axial am Nockenwellenadapter und damit an der Nockenwelle gelagert. Alle Bauteile können schließlich über die Zentralschraube zueinander positioniert und axial hintereinander liegend an der Nockenwelle miteinander verspannt werden.
Die Statoreinheit des Nockenwellenverstellers umfasst üblicherweise einen Stator mit sich radial nach innen erstreckenden Stegen und einem Verriegelungsdeckel. Die Statoreinheit ist beispielsweise mit einer Topf-Form ausgebildet. Der Stator ist im montierten Zustand drehfest mit der Kurbelwelle verbunden. Er weist zwischen den Stegen gebildete Druckkammern auf, die zur Verstellung der Nockenwelle mit Öl beaufschlagt werden können. An den Stegen können Flügelanschlagsflächen ausgebildet sein, an denen die Flügel eines Rotors anschlagen können. Der Verriegelungsdeckel ist vorliegend bevorzugt mit dem Stator verbunden und begrenzt die Druckkammern nockenwellenseitig. In dem Verriegelungsdeckel ist vorzugsweise eine Verriegelungskulisse in Form einer in den Verriegelungsdeckel eingebrachten Ausnehmung ausgebildet. Über den Verriegelungsdeckel kann der Nockenwellenversteller auf dem Nockenwellenadapter oder auf der Nockenwelle gelagert werden.
Die Rotoreinheit besteht aus einem Rotor und einem Dichtdeckel. Der Rotor ist im eingebauten Zustand im Stator gehalten. Die Rotoreinheit kann in einer Hut-Form ausgebildet sein. Der Rotor ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden und wird über die Bewegung des Stators gedreht. Er weist eine Anzahl von sich radial nach außen erstreckenden Flügeln auf, die im eingebauten Zustand in den Druckkammern des Stators positioniert sind. Der Rotor weist insbesondere Ölkanäle in seinem Grundkörper auf, durch die Öl zum hydraulischen Betrieb des Nockenwellenverstellers in die Druckkammern des Stators bzw. der Statoreinheit gepumpt werden können. Sowohl die Statoreinheit als auch die Rotoreinheit können aus mehreren Teilen bestehen, insbesondere aber auch einteilig gefertigt sein. Bevorzugt über den Dichtdeckel greift vorliegend eine Zentralschraube, die in die Nockenwelle eingedreht wird, und somit die Rotoreinheit und die Statoreinheit axial gegeneinander positioniert, insbesondere mit einem minimalen Axialspiel formschlüssig verbindet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Nockenwellenadapter einen in die Statoreinheit hineinragenden Klemmabschnitt zur axialen Klemmung und zur Lagerung der Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit auf. An diesem Klemmabschnitt stützt sich die Rotoreinheit im eingebauten Zustand axial ab. Der Klemmabschnitt verhindert, dass der Rotor den Boden der Statoreinheit, also den Verriegelungsdeckel, berührt. Der Klemmabschnitt weist hierzu eine Klemmlänge auf, über die im eingebauten Zustand der axiale Abstand zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit einstellbar ist. Über die Klemmlänge wird die axiale Position der Rotoreinheit zur Statoreinheit festgelegt, so dass die Funktion des Nockenwellenverstellers sichergestellt ist. Der Klemmabschnitt ist insbesondere in Form eines Zapfens ausgebildet, dessen in die Statoreinheit hineinragendes Ende die Auflagefläche für einen Mittelbereich der Rotoreinheit bildet. Die Klemmlänge für die Rotoreinheit ergibt sich hierbei aus dem Abstand der Auflagefläche zum Bund. Der Klemmabschnitt kann sich beispielsweise in axialer Richtung nur über einen gewissen Bereich oder über die gesamte Länge des Nockenwellenadapters erstrecken, so dass der Nockenwellenversteller entweder auf dem Nockenwellenadapter oder auf der Nockenwelle gelagert ist.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung weist der Nockenwellenadapter einen endseitig radial umlaufenden Bund zur Befestigung an einer Nockenwelle auf. Der Bund des Nockenwellenadapters kann in den Bund eines die Nockenwelle an ihrem Ende umlaufenden Bund gefügt werden. Der Außendurchmesser des Bunds des Nockenwellenadapters ist dann im Wesentlichen so groß wie der Innendurchmesser des Bunds der Nockenwelle. Auf diese Weise kann der Nockenwellenadapter bei der Montage sicher an der Nockenwelle positioniert werden. Er ist gegen ein radiales Verrutschen gesichert. Der Nockenwellenadapter ist im montierten Nockenwellenverstellsystem formschlüssig zur Nockenwelle zentriert. Er stellt die axiale Lagerung für den Nockenwellenversteller dar.
Bevorzugt weist der Nockenwellenadapter eine axiale Auflagefläche für die Statoreinheit auf. Diese axiale Auflagefläche ist vorzugsweise an der sich in Richtung des Nockenwellenverstellers erstreckenden Seite des radial umlaufenden Bunds ausgebildet. Bei der Befestigung am Nockenwellenadapter wird die Statoreinheit, insbesondere mit dem sich radial nach innen erstreckenden Verriegelungsdeckel, an der axialen Auflagefläche gelagert. Der hieraus resultierende Abstand zwischen dem Bund des Nockenwellenadapters und der Nockenwelle verhindert eine direkte Verklemmung der beiden Teile und ermöglicht so die störungsfreie Drehung der Nockenwelle gegenüber der Statoreinheit. Für den axialen Abstand zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit sorgt die Klemmlänge des Klemmabschnitts zur Auflagefläche, an der sich die Statoreinheit abstützt.
Zweckmäßigerweise hat der Nockenwellenadapter eine Anzahl von Bohrungen und/oder Ringkanälen bzw. umlaufenden Ölnuten zur Druckmittelführung. Über die Bohrungen können die Druckkammern des Nockenwellenverstellers mit Öl beaufschlagt werden. Die Bohrungen kommunizieren im montierten Zustand insbesondere über Ringkanäle mit den Bohrungen der Stirnseite der Nockenwelle und den entsprechenden Bohrungen des Nockenwellenverstellers, so dass bei Verwendung eines Nockenwellenadapters die störungsfreie Druckmittelbeaufschlagung des Nockenwellenverstellers gewährleistet ist. Das Vorsehen von Ringkanälen bietet den Vorteil, dass beim Anschluss des Nockenwellenadapters keine exakte Winkelpositionierung notwendig wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der Nockenwellenadapter einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem sich in axialer Richtung veränderlichen Durchmesser. Der kreisförmige Querschnitt an einem Ende des Nockenwellenadapters entspricht im Wesentlichen dem Querschnitt der Nockenwelle und ermöglicht so eine einfache Befestigung. Durch den sich über die axiale Länge des Nockenwellenadapters veränderlichen Querschnitt sind die verschiedenen Auflageflächen zur Lagerung der Statoreinheit und der Rotoreinheit gebildet.
Insgesamt wirken auf die einzelnen Bauteile eines Nockenwellenverstellers im Betrieb einer Brennkraftmaschine hohe Kräfte. Die einzelnen Bauteile eines Nockenwellenverstellers sind entsprechend stabil auszugestalten, um diesen Anforderungen standzuhalten. Bevorzugt ist die Statoreinheit deswegen aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Metallische Werkstoffe sind insbesondere temperatur- und korrosionsbeständig und können so den im Betrieb einer Brennkraftmaschine vorherrschenden Anforderungen standhalten. Weiterhin ist eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung metallischer Bauteile bekannt. Die Statoreinheit kann beispielsweise in einem Sinterprozess oder mittels eines Blechpaketierens gefertigt werden. Durch eine einteilige Fertigung können der Herstellungsprozess verkürzt und die Kosten gesenkt werden. Zusätzliche Befestigungsmittel oder Montageschritte zur Verbindung des Stators mit dem Verriegelungsdeckel sind nicht notwendig. Zusätzlich bietet die einteilige Fertigung den Vorteil, dass bei einer Beaufschlagung der Druckkammern mit Öl eine hohe Dichtigkeit gewährleistet ist.
Vorteilhafterweise ist auch die Rotoreinheit mit Dichtdeckel einteilig aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Ebenso wie bei der Statoreinheit liegen die Vorteile hierbei in der guten Beständigkeit eines metallischen Werkstoffes und der einfachen Fertigung mittels bekannter und leicht zu handhabender Herstellungsverfahren.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Verriegelungseinheit zur drehfesten Verriegelung der Rotoreinheit und der Statoreinheit um fasst. Die Verriegelungseinheit greift vorzugsweise in eine im Verriegelungsdeckel der Statoreinheit ausgebildete Verriegelungskulisse ein. Durch eine derartige Verriegelung können die Statoreinheit und die Rotoreinheit in einer optimalen Position insbesondere für den Start oder Leerlauf eines Motors gehalten werden. Die Verriegelungskulisse ist beispielsweise innerhalb einer Druckkammer in Form einer Ausnehmung im Verriegelungsdeckel ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Verriegelungseinheit einen Verriegelungskolben und eine Verriegelungsfeder. Der Verriegelungskolben greift hierbei insbesondere durch eine Verriegelungsbohrung im Rotor und hält die Rotoreinheit fest in einer vorgesehenen Position. Hierzu drückt die Verriegelungsfeder den Verriegelungskolben in die Verriegelungskulisse. Die Entriegelung eines Kolbens erfolgt üblicherweise hydraulisch, wobei das Öl in der Druckkammer den Verriegelungskolben in die Verriegelungsbohrung der Rotoreinheit axial hineindrückt. Auf diese Weise kann sich die drehfeste Verriegelung zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit lösen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verriegelungseinheit als eine Verriegelungskapsel ausgebildet. Diese Ausgestaltung sieht die Positionierung des Verriegelungskolbens und einer Verriegelungsfeder in einer Hülse vor. Die beiden Teile sind in der Hülse gegen ein Herausfallen gesichert und können als ein gemeinsames Bauteil in die Montagelinie eingebracht und am Nockenwellenversteller befestigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung eines Nockenwellenverstellsystems zur Montage an einer Nockenwelle,
2 den Nockenwellenadapter gemäß 1 in einer dreidimensionalen Darstellung in einer Front- und einer Rückansicht,
3 eine dreidimensionale Darstellung der Nockenwelle gemäß 1,
4 eine dreidimensionale Darstellung der Rotoreinheit gemäß 1 in einer Front- und einer Rückansicht,
5 eine dreidimensionale Darstellung der Statoreinheit gemäß 1 in einer Front- und einer Rückansicht,
6 das Nockenwellenverstellsystem im montierten Zustand in einer dreidimensionalen Darstellung gemäß 1,
7 das Nockenwellenverstellsystem im montierten Zustand in einem Längsschnitt gemäß 1,
8 das Nockenwellenverstellsystem im montierten Zustand in einem Längsschnitt gemäß 1 mit einem Ölversorgungsschema,
9 den Nockenwellenversteller gemäß 1 ohne Dichtdeckel in einem Querschnitt, sowie
10 die Verriegelungseinheit des Nockenwellenverstellers gemäß 1 in einem Querschnitt.
Gleiche Komponenten in den Ausführungsbeispielen erhalten die gleichen Bezugszeichen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Nockenwellenverstellsystems 1 zur Montage an einer Nockenwelle 3. Das Nockenwellenverstellsystem 1 besteht aus einem Nockenwellenversteller 5 und einem Nockenwellenadapter 7. Der Nockenwellenversteller 5 weist eine Statoreinheit 9 und eine Rotoreinheit 11 auf.
Der Nockenwellenadapter 7 ist als ein zylindrischer Körper ausgebildet, dessen Querschnitt sich in axialer Richtung verändert. Durch den Nockenwellenadapter 7 wird bei der Montage das notwendige Axialspiel zwischen der Rotoreinheit 11 und der Statoreinheit 9 einstellen.
Der Nockenwellenadapter 7 weist hierzu einen in die Statoreinheit 9 hineinragenden Klemmabschnitt 12 in Gestalt eines Zapfens auf. Der Klemmabschnitt 12 weist eine Klemmlänge auf und dient der axialen Klemmung und der Lagerung der Rotoreinheit 11 gegenüber der Statoreinheit 9. Das Ende des Klemmbereichs bildet somit die Auflagefläche 14 für den Mittelbereich der Rotoreinheit 11. Im eingebauten Zustand stützt sich die Rotoreinheit 11 am Klemmabschnitt 12 axial ab und stellt so die Funktion des Nockenwellenverstellers 5 sicher.
Der Nockenwellenadapter 7 weist weiterhin an der der Nockenwelle 3 zugewandten Seite einen radial umlaufenden Bund 13 auf, der formschlüssig in dem die Stirnseite der Nockenwelle 3 umlaufenden Bund 15 befestigt werden kann. Durch diese Befestigung ist der Nockenwellenadapter 7 formschlüssig zur Nockenwelle 3 zentriert und dient im montierten Nockenwellenverstellsystem 1 der axialen Lagerung des Nockenwellenverstellers 5. Über diesen Bund 15 wird auch die axiale Lage der Statoreinheit 9 festgelegt. Die Klemmlänge für die Rotoreinheit 11 ergibt sich aus dem Abstand der Auflagefläche 14 zum Bund 15.
Weiterhin weist der Nockenwellenadapter 7 eine Anzahl von Bohrungen 17 auf, die in 2 deutlich zu sehen sind. Die Bohrungen 17 dienen der Druckmittelbeaufschlagung des Nockenwellenverstellers 5 und münden beidseitig in jeweils einen Ringkanal bzw. in eine Ölverteilungsnut 46, 48. Dadurch wird bei der Verwendung eines Nockenwellenadapters 7 eine störungsfreie Druckmittelbeaufschlagung des Nockenwellenverstellers 5 gewährleistet, ohne dass eine exakte Winkelpositionierung des Nockenwellenadapters 7 notwendig ist.
Nach der Anbringung des Nockenwellenadapters 7 an der Nockenwelle 3 kann die Statoreinheit 9 an den Adapter 7 gefügt werden. Die Statoreinheit 9 ist somit über den Nockenwellenadapter 7 an der Nockenwelle 3 gelagert. Die Statoreinheit 9 besteht aus einem Statorgehäuse 21 und einem Verriegelungsdeckel 23 und ist in einer Topf-Form ausgebildet. Sie ist einteilig in einem Sinterprozess aus einem Metall gefertigt. Im montierten Zustand ist die Statoreinheit 9 drehfest mit einer Kurbelwelle verbunden.
Die Statoreinheit 9 hat an ihrer Innenwandung eine Anzahl sich radial nach innen erstreckender Stege 25 und weist zwischen den Stegen 25 gebildete Druckkammern 27 auf. Die Stege 25 erlauben einen begrenzten Drehwinkel der in der Statoreinheit 9 positionierten Rotoreinheit 11 im montierten Zustand. Zwei der Stege 25, die eine der Druckkammern 27 begrenzen, sind mit jeweils einer Flügelanschlagsfläche 29 ausgebildet. In dieser Druckkammer 27 ist im Verriegelungsdeckel 23 eine Verriegelungskulisse 30 eingebracht. Die Verriegelungskulisse 30 ist in den 5 und 9 deutlich zu sehen. In die Verriegelungskulisse 30 kann eine Verriegelungseinheit 31 zur drehfesten Verriegelung der Rotoreinheit 11 mit der Statoreinheit 9 eingreifen.
Die Verriegelungseinheit 31 ist als Verriegelungskapsel ausgebildet und weist einen in einer Hülse 33 angeordneten Kolben 35 und eine Verriegelungsfeder 37 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese separaten Komponenten in 1 nicht explizit gezeigt, können jedoch der detaillierten Darstellung in 10 entnommen werden. Die Verriegelungseinheit 31 wird zur Montage axial in eine Verriegelungsbohrung 39 der Rotoreinheit 11 gefügt. Die Verriegelungsbohrung 39 ist in 4 zu sehen.
Die Rotoreinheit 11 besteht aus einem Rotor 41 und einem Dichtdeckel 43 und weist eine Hut-Form auf. Die Rotoreinheit 11 ist wie auch die Statoreinheit 9 einteilig in einem Sinterprozess aus einem Metall gefertigt. Der Rotor 41 weist eine Anzahl von Flügeln 45 auf, die im zusammengebauten Zustand des Nockenwellenverstellers 5 zwischen den Stegen 25 in den Druckkammern 27 des der Statoreinheit 9 positioniert sind. Durch die Flügel 45 werden zwischen den Stegen 25 jeweils zwei Druckkammern gebildet. Zur Ansteuerung des Rotors 41 werden die Druckkammern 27 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt oder entleert.
Die axiale Fixierung des Nockenwellenverstellers 5 an der Nockenwelle 3 erfolgt über das Einbringen einer Zentralschraube 47 in eine Gewindebohrung 49 in der Nockenwelle 3. Die Zentralschraube 47 kann mit einem voreingestellten Anschraubmoment festgedreht werden und so die einzelnen Bauteile axial hintereinander liegend an der Nockenwelle 3 miteinander verspannen. Durch den Nockenwellenadapter 7 kann hierbei gewährleistet werden, dass das zur Funktion notwendige axiale Spiel zwischen der Rotoreinheit 11 und der Statoreinheit 9 und auch der Statoreinheit 9 zur Nockenwelle 3 erhalten bleibt.
Der Nockenwellenadapter 7 erlaubt eine einfache Befestigung an der Nockenwelle 3, ohne dass eine Bearbeitung der Nockenwelle 3 zur fachgerechten Anbringung eines Nockenwellenverstellers 5 notwendig ist. Der Nockenwellenadapter 7 ermöglicht die Einstellung des notwendigen Axialspiels der Rotoreinheit 11 gegenüber der Statoreinheit 9.
In 2 ist der Nockenwellenadapter 7 gemäß 1 in einer dreidimensionalen Darstellung in einer Front- und einer Rückansicht gezeigt. Man erkennt den Klemmabschnitt 12 und den radial umlaufenden Bund 13 des Nockenwellenadapters 7.
Der Klemmabschnitt 12 ragt im montierten Zustand in die Statoreinheit 9 hinein und dient wie bereits erwähnt der axialen Klemmung und Lagerung der Rotoreinheit 11 gegenüber der Statoreinheit 9. Die Klemmlänge des Klemmabschnitts 12 legt hierbei die axiale Position der Rotoreinheit 11 zur Statoreinheit 9 fest. Der radial umlaufende Bund 13 ist zur formschlüssigen Befestigung an der Stirnseite der Nockenwelle 3 ausgebildet. Der Bund 13 des Nockenwellenadapters 7 kann in den Bund eines die Nockenwelle 3 an ihrem Ende umlaufenden Bunds gefügt werden, so dass der Nockenwellenadapter 7 sicher an der Nockenwelle positioniert und gegen ein radiales Verrutschen gesichert ist. Der Bund der Nockenwelle 3 ist in 3 zu sehen.
Weiterhin sind die Bohrungen 17 zu erkennen. Durch diese Bohrungen 17 kann das Öl, welches zur Funktion des Nockenwellenverstellers 5 aus dem Motorölkreislauf zur Verfügung gestellt wird, in die Druckkammern 27 des Nockwellenverstellers gepumpt werden und den Rotor 41 innerhalb der Statoreinheit 9 verdrehen. Dazu sind insbesondere die beidseitig jeweils eine Ringkanal bzw. eine Ölverteilungsnut 46, 48 vorgesehen, so dass zum Anschluss des Nockenwellenadapters 7 keine exakte Winkelpositionierung erforderlich ist. In Abhängigkeit der Länge des Nockenwellenadapters 7, also seiner axialen Ausdehnung, kann das Spiel bzw. der Anpressdruck zwischen den Rotorflügeln 45 und dem Verriegelungsdeckel 23 eingestellt werden. Die axiale Länge des Bunds 13 bestimmt die Beabstandung der Nockenwelle 3 von der Statoreinheit 9.
3 zeigt das Ende der Nockenwelle 3 gemäß 1 in einer dreidimensionalen Darstellung. Hier sind Bohrungen 19, über die der Nockenwellenversteller 5 mit Öl beaufschlagt wird, zu erkennen. Die Bohrungen 19 sind in der Stirnseite der Nockenwelle 3 eingebracht. Über die Ringnut 48 wird im montierten Zustand die Ölversorgung der Bohrungen 17 des Nockenwellenadapters 7 gewährleistet. Der zur formschlüssigen Fixierung des Nockenwellenadapters 7 zur Nockenwelle 3 ausgebildete radial umlaufende Bund 15 an der Stirnseite der Nockenwelle 3 ist ebenfalls gut zu erkennen. Über diesen radial umlaufenden Bund 15 lässt sich der Nockenwellenadapter 7 formschlüssig an der Stirnseite der Nockenwelle 3 befestigen. Weiterhin sind in der Mantelfläche der Nockenwelle 3 die Bohrungen 51 zu sehen, durch die das Öl in den Nockenwellenversteller 5 gelangt.
In 4 ist eine dreidimensionale Darstellung der einteilig gefertigten Rotoreinheit 11 mit dem Rotor 41 und dem Dichtdeckel 43 in einer Front- und einer Rückansicht gemäß 1 gezeigt. Mittig im Dichtdeckel 43 der Rotoreinheit 11 ist eine Durchführungsöffnung 53 für die Zentralschraube 47 eingebracht. Im montierten Zustand kann sich die von der Zentralschraube 47 erfasste Rotoreinheit 11 axial am Nockenwellenadapter 7 abstützen. Die Statoreinheit 9 ist dann am Nockenwellenadapter 7 selbst oder an der Nockenwelle gelagert. Der Rotor 41 hat vier Flügel 45, von denen in einem Flügel 45 eine Verriegelungsbohrung 39 eingebracht ist. Die Verriegelungsbohrung 39 dient dem Durchgriff der Verriegelungseinheit 31 bis in die Verriegelungskulisse 30 im Verriegelungsdeckel 23 der Statoreinheit 9. Der Rotor 41 hat weiterhin eine Anzahl von Öffnungen 55, über die der Nockenwellenversteller 5 über nicht sichtbare Ölkanäle in den Flügeln 25 des Rotors 41 mit Öl versorgt werden kann.
5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der ebenfalls einteilig gefertigten Statoreinheit 9 einer Front- und einer Rückansicht mit dem Stator 21 und dem Verriegelungsdeckel 23 gemäß 1. Der Verriegelungsdeckel 23 weist ebenso wie der Dichtdeckel 43 eine Durchführungsöffnung 57 auf. Die Durchführungsöffnung 57 ist zur Anbringung der Zentralschraube 47 ausgebildet und zusätzlich zur Durchführung des an der Nockenwelle 3 positionierten Nockenwellenadapters 7. Der Stator 21 hat vier sich radial nach innen erstreckende Stege 25 und zwischen den Stegen 25 ausgebildete Druckkammern 27. Eine der Druckkammern 27 wird durch die zwei Stege 25 mit jeweils einer Flügelanschlagsfläche 29 begrenzt. In dieser Druckkammer 27 ist im Verriegelungsdeckel 23 die Verriegelungskulisse 30 eingebracht. In die Verriegelungskulisse 30 kann der Verriegelungskolben bzw. die Verriegelungseinheit 31 eingreifen und so eine drehfeste Verbindung der Statoreinheit 9 mit der Rotoreinheit 11 ausbilden.
In 6 ist das Nockenwellenverstellsystem 1 gemäß 1 im montierten Zustand in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Das Nockenwellenverstellsystem 1 ist an der Nockenwelle 3 befestigt. Die einzelnen Bauteile sind nacheinander zusammengefügt, wobei zuerst der Nockenwellenadapter 7 axial an die Nockenwelle 3 gefügt ist. Der Nockenwellenadapter 7 ist formschlüssig zur Nockenwelle 3 zentriert und stellt die axiale Lagerung für den Nockenwellenversteller 5 dar. Anschließend wird die Statoreinheit 11 axial an dem Nockenwellenadapter 7 und damit an der Nockenwelle 3 angebracht bzw. axial gelagert. Die Rotoreinheit 11 ist in der Statoreinheit 9 positioniert und die Verriegelungseinheit 31 an der Rotoreinheit 11 befestigt. Alle Bauteile sind über die Zentralschraube 47 fixiert. Die Zentralschraube 47 greift hierzu über den Dichtdeckel der Rotoreinheit 11, so dass die Statoreinheit 9 und die Rotoreinheit 11 axial gegeneinander verspannt sind. Der Nockenwellenadapter 7 ist im montierten Nockenwellenverstellsystem 1 formschlüssig zur Nockenwelle 3 zentriert. Er stellt die axiale Lagerung für den Nockenwellenversteller 5 dar.
7 zeigt das Nockenwellenverstellsystem 1 im montierten Zustand gemäß 1 in einem Längsschnitt. Die Anbindung des Nockenwellenverstellers 5 an die Nockenwelle 3 ist durch den Nockenwellenadapter 7 gewährleistet. Der Nockenwellenadapter 7 ist zentriert formschlüssig mit der Nockenwelle 3 verbunden und der Nockenwellenversteller 5 ist über den Nockenwellenadapter 7 an der Nockenwelle 3 befestigt. Der Nockenwellenadapter 7 dient der Beabstandung der Rotoreinheit 11 bzw. der Rotorflügel 45 zum Verriegelungsdeckel 23 der Statoreinheit 9. Über den Nockenwellenadapter 7 ist das für die Nockenwellenverstellerfunktion notwendige Axialspiel zwischen der Rotoreinheit 11 und der Statoreinheit 9 eingestellt.
In 7 ist zusätzlich zu den vorhergehenden Figuren die axiale Auflagefläche 59 an dem radial umlaufenden Bund 13 deutlich zu erkennen. Bei der Befestigung der Statoreinheit 9 an dem Nockenwellenadapter 7 wird der Verriegelungsdeckel 23 mit seiner Außenseite an der axialen Auflagefläche 59 gelagert. Hierdurch entsteht ein Abstand zwischen der Stirnseite der Nockenwelle 3, hier die Vorderseite des Bunds 15, und der Statoreinheit 9, der die Drehung der Nockenwelle 3 gegenüber der Statoreinheit 9 erlaubt. Die zur Gewährleistung der Ölversorgung des Nockenwellenverstellers 1 vorgesehenen Ringnuten 46, 48 sind am Nockenwellenadapter 7 gut erkennbar.
8 zeigt das Nockenwellenverstellsystem 1 gemäß 1 in einem Längsschnitt mit einem Ölversorgungsmodul 61. Das Nockenwellenverstellsystem 1 ist im Unterschied zu 7 derart geschnitten, dass die Stege 25 der Statoreinheit 9 zu sehen sind. Die Rotorflügel 45 sind im Unterschied zu 7 nicht zu sehen. Das Ölversorgungsmodul 61 dient dazu, den Nockenwellenversteller 5 zur Ansteuerung mit Öl zu versorgen. Die Beaufschlagung der Druckkammern 27 wird über ein nicht gezeigtes Steuerventils verwirklicht. Über die Druckmittelleitungen, die mit der Nockenwelle 3 verbunden sind, und die in diesen Leitungen angeordneten Kanäle erfolgt ausgehend vom Steuerventile die Beaufschlagung der Druckkammern 27 des Nockenwellenverstellers 5 mit Öl und damit die Verstellung des Rotors 41 innerhalb der Statoreinheit 9.
In 9 ist der Nockenwellenversteller 5 gemäß 1 in einem Querschnitt zu sehen. Der Dichtdeckel 43 der Rotoreinheit 11 ist nicht sichtbar, so dass der in die Statoreinheit 9 eingesetzte Rotor 41 zu erkennen ist. Der Stator 21 bildet aufgrund seiner sich radial nach innen erstreckenden Stege 25 vier Druckkammern 27, in den sich die vier Flügel 45 des Rotors 41 befinden. Die Druckkammern werden von den Rotorflügeln 45 in jeweils zwei einzelne Hydraulikbereiche 63, 65 getrennt, die sich rechts bzw. links von den jeweiligen Flügeln 45 befinden. Die Stege 25 des Stators 21 erlauben einen begrenzten Drehwinkel des Rotors 41. Die Flügel 45 des Rotors 41 werden in einer bestimmten Position durch einen Anschlag an den als Flügelanschlagsfläche 29 ausgebildeten Stegwänden gestoppt. In der Verriegelungsbohrung 39 ist die Verriegelungseinheit 31 eingebracht, die nicht erkennbar in die Verriegelungskulisse 30 im Verriegelungsdeckel 23 eingreift und den Rotor 41 innerhalb der Statoreinheit 9 in seiner Position fixiert.
10 zeigt eine detaillierte Darstellung der Verriegelungseinheit 31 des Nockenwellenverstellers gemäß 1 in einem Querschnitt. Die Verriegelungseinheit 31 besteht aus einem in einer Hülse 33 positionierten Verriegelungskolben 35 und der Verriegelungsfeder 37. Aufgrund der Positionierung in der Hülse 33 kann die Verriegelungseinheit 31 einfach und kostengünstig als ein gemeinsames Bauteil an den Kunden geliefert werden. Die Verriegelungseinheit 31 greift in die Verriegelungskulisse 30 ein und hält die Statoreinheit 9 und Rotoreinheit 11 in einer zueinander fixen Position, wie sie insbesondere für den Start oder Leerlauf eines Motors benötigt wird. Die Verriegelungskulisse 30 ist als eine Ausnehmung im Verriegelungsdeckel 23 ausgebildet. In die Verriegelungskulisse 30 greift der Verriegelungskolben 35 ein. Der Verriegelungskolben 35 greift hierbei durch die Verriegelungsbohrung 39 im Rotorflügel 45 und fixiert die Bauteile des Nockenwellenverstellers 5 aneinander.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenverstellsystem
3: Nockenwelle
5: Nockenwellenversteller
7: Nockenwellenadapter
9: Statoreinheit
11: Rotoreinheit
12: Klemmbereich
13: radialer Bund
14: Auflagefläche
15: radialer Bund
17: Bohrung
19: Bohrung
21: Statorgehäuse
23: Verriegelungsdeckel
25: Steg
27: Druckkammer
29: Flügelanschlagsfläche
30: Verriegelungskulisse
31: Verriegelungseinheit
33: Hülse
35: Verriegelungskolben
37: Verriegelungsfeder
39: Verriegelungsbohrung
41: Rotor
43: Dichtdeckel
45: Flügel
47: Zentralschraube
49: Gewindebohrung
51: Bohrungen
53: Durchführungsöffnungen
55: Öffnungen
57: Durchführungsöffnungen
59: axiale Auflagefläche
61: Ölversorgungsmodul
63: Hydraulikkammer
65: Hydraulikkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10143862 A1 [0004]

Claims

Nockenwellenverstellsystem (1) für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Nockenwellenversteller (5) mit einer Statoreinheit (9) und einer in der Statoreinheit (9) drehbeweglich angeordneten Rotoreinheit (11), wobei die Rotoreinheit (11) und die Statoreinheit (9) durch eine Zentralschraube (47) zueinander positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nockenwellenadapter (7) zur axialen Anbindung des Nockenwellenverstellers (5) an eine Nockenwelle (3) umfasst ist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenadapter (7) einen in die Statoreinheit (9) hineinragenden Klemmabschnitt (12) zur axialen Klemmung und zur Lagerung der Rotoreinheit (11) gegenüber der Statoreinheit (9) aufweist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenadapter (7) einen endseitig radial umlaufenden Bund (13) zur Befestigung an der Nockenwelle (3) aufweist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenadapter (7) eine axiale Auflagefläche (59) für die Statoreinheit (9) aufweist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenadapter (7) eine Anzahl von Bohrungen (17) und/oder Ringkanälen (46, 48) zur Druckmittelführung aufweist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoreinheit (9) einteilig aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoreinheit (11) einteilig aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelungseinheit (31) zur drehfesten Verriegelung der Rotoreinheit (11) und der Statoreinheit (9) umfasst ist.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit (31) einen Verriegelungskolben (35) und eine Verriegelungsfeder (37) umfasst.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit (31) als eine Verriegelungskapsel ausgebildet ist.