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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
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Hintergrund der Erfindung
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Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
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Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
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Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel“ in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
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Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
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Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders zuverlässige Verriegelung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement des Nockenwellenverstellers auszubilden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird durch eine zwischen Verriegelungskulisse und Deckelelement ausgebildete Verankerungsstruktur gelöst. Diese Verankerungsstruktur hält vorteilhafterweise die Verriegelungskulisse zuverlässig in seiner Position zum Deckelelement über die Lebensdauer des Nockenwellenverstellers. Durch die Verankerungsstruktur wird eine formschlüssige Verbindung zwischen Verriegelungskulisse und Deckelelement ausgebildet, vorzugsweise zusätzlich zu einer bereits bestehenden kraftschlüssigen (Presspassung) und/oder stoffschlüssigen Verbindung.
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Ein axiales Auswandern der Verriegelungskulisse gegenüber dem Deckelelement wird durch die Verankerungsstruktur, welche insbesondere in axialer Richtung wirksam ist minimiert bzw. verhindert. Folglich wird eine Kollision der eingesetzten Verriegelungskulisse mit axial benachbarten Bauteilen vermieden und die Zuverlässigkeit der Verriegelung und des Nockenwellenverstellers erhöht.
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Das Deckelelement kann eine Verzahnung aufweisen, welche mit einem Steuertrieb in Eingriff gebracht werden kann. Alternativ kann die Verzahnung integrativ vom Antriebselement ausgebildet sein. Ferner kann das Deckelelement als ein Dichtdeckel ausgebildet sein, der die im Nockenwellenversteller ausgebildeten und ölbefüllten Kammern gegenüber der Umwelt abdichtet.
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Vorteilhafterweise ist das Deckelelement als Scheibe oder Ringscheibe ausgebildet und mit dem Antriebselement über weitere Befestigungsmittel, wie Schrauben, drehfest verbunden. Das Deckelelement kann bevorzugterweise aus Blech hergestellt sein. Alternativ kann das Deckelelement als Sinterteil ausgebildet sein.
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Auch kann bei einem als Sinterteil ausgebildeten Antriebselement die integrative Verzahnung in wenigen Arbeitsgängen hergestellt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verankerungsstruktur als eine eine Mikroprofilierung aufweisende Oberflächenstruktur ausgebildet. Die die Mikroprofilierung aufweisende Oberflächenstruktur kann von der Innenmantelfläche der Öffnung des Deckelelementes für die Aufnahme der Verriegelungskulisse ausgebildet sein und/oder von der Außenmantelfläche der Verriegelungskulisse.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Verankerungsstruktur ein umlaufendes makroskopisches Profil auf, welches als Widerhaken ausgebildet ist. Mehrere axial aufeinanderfolgende Widerhaken können ein sägezahnförmiges Profil ausbilden, welches über den Umfang der Außenmantelfläche der Verriegelungskulisse ausgebildet ist. Ein derartiges umlaufendes makroskopisches Profil kann alternativ oder zusätzlich von der Innenmantelfläche der Öffnung des Deckelelementes ausgebildet sein.
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Die Verankerungsstruktur kann durch Fließpressen, Umformen, Sintern, Kalibrieren, Metallpulverspritzgießen, Walzen, Schleifen und/oder Fräsen hergestellt sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Verriegelungskulisse am Außenumfang eine Verankerungsstruktur auf. Die Verankerungsstruktur kann sich entlang der kompletten axialen Länge des Außenumfangs erstrecken oder nur auf einen Teil dessen, vorzugsweise der Teil, der mit der Öffnung in Deckungsgleichheit kommt.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist die Verankerungsstruktur als ein Rändel ausgebildet. Das Rändel kann rautenförmig oder schachbrettförmig ausgebildet sein.
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Alternativ kann statt eines Rändels an der Außenumfangsfläche der Verriegelungskulisse eine mittels eines Lasers eingebrachte Struktur an der Innenumfangsfläche der Öffnung des Deckelelementes angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wurde die Verriegelungskulisse einer vom restlichen Deckelelement verschiedenen Wärmebehandlung unterzogen. Die Verriegelungskulisse kann somit härter ausgebildet sein, als das Antriebselement.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verriegelungskulisse in der Öffnung des Deckelelementes axialfest fixiert, wobei die Verriegelungskulisse eine Nut aufweist, mit der die Verriegelungskulisse um seine Achse drehbar bzw. justierbar ist. In diese Nut kann ein Werkzeug eingreifen und die Verriegelungskulisse um die eigene Achse drehen. Vorteilhafterweise kann damit ein Verriegelungsspiel justiert werden.
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Durch Drehung der Verriegelungskulisse kann der Innendurchmesser und somit die Aufnahme für den Verriegelungskolben zu diesem fluchtend eingestellt werden, wodurch sich das Verriegelungsspiel nachträglich justieren lässt. Hierbei weist die Verriegelungskulisse eine Nut oder ein Schlitz zum Eingriff eines Justierwerkzeugs auf. Vorteilhafterweise kann damit auch nach erfolgter Montage des gesamten Nockenwellenverstellers ein Verriegelungsspiel gemessen und ggf. justiert werden kann.
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In einer Ausbildung der Erfindung ist die Verriegelungskulisse in die Öffnung des Deckelelementes eingepresst.
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Optional kann die Verriegelungskulisse einen Bund aufweisen, welcher eine Relativbewegung zwischen Verriegelungskulisse und Deckelelement verhindern kann. Dazu weist das Deckelelement eine gestufte Öffnung auf, in der die Verriegelungskulisse eingesetzt bzw. eingepresst ist. Der Bund der Verriegelungskulisse ist bevorzugterweise auf der dem Abtriebselement zugewandten Seite des Deckelelements angeordnet und ist vorzugsweise in der gestuften Öffnung versenkt, so dass eine Verdrehung zwischen Abtriebselement und Deckelelement bzw. Antriebselement dadurch nicht behindert wird.
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In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Verriegelungskulisse als Ring ausgebildet, welche mit einem Verriegelungskolben in Kontakt gebracht werden kann. Der Ring weist an seinem Außenumfang eine Verankerungsstruktur gemäß den eingangs aufgezählten Ausbildungen auf.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Verriegelungskulisse durch die Öffnung des Deckelelementes hindurch gesteckt und ragt in axialer Richtung über den Boden des Deckelelementes hinaus.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Verriegelungskulisse mit dem Deckelelement wird sowohl eine bauraumreduzierte Anordnung als auch eine Reduzierung des Gewichts erreicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers und
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2 eine Detailansicht auf die Verriegelungskulisse eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1.
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Am Außenumfang des Antriebselements 3 ist eine mit dem Antriebselement 3 integral ausgebildete Verzahnung 13 angeordnet. Das Antriebselement 3 und das zum Antriebselement 3 koaxial angeordnete Abtriebselement 14 bilden mit weiteren Bauteilen einen Nockenwellenversteller 1 in Form eines Flügelzellenverstellers, bekannt nach dem Stand der Technik. Das Antriebselement 3 und das Abtriebselement 14 sind zueinander verdrehbar angeordnet. Die Verdrehung in Umfangsrichtung des Nockenwellenverstellers 1 kann bspw. durch Befüllung von Druckkammern mit Hydraulikmittel erfolgen, wobei die Druckkammern zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 14 ausgebildet sind.
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Das Antriebselement 3 ist mit dem dazu separat ausgebildeten Deckelelement 2 drehfest mittels mehrerer Schrauben 15 verbunden. Das Deckelelement 2 ist ringscheibenförmig ausgebildet und weist somit zwei plane Stirnseiten und eine zentrale Durchgangsöffnung auf. Ferner hat das Deckelelement 2 eine Öffnung 4 zur Aufnahme der Verriegelungskulisse 5. Die Verriegelungskulisse 5 ist ragt über die Stirnseite des Deckelelementes 2 hinaus.
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Das Abtriebselement 14 weist in einem seiner Flügel einen Verriegelungskolben 10 auf, welcher federbelastet mit der Verriegelungskulisse 5 im Eingriff steht. Wird zwischen der Verriegelungskulisse 5 und dem Verriegelungskolben 10 Hydraulikmittel unter Druck eingebracht, so wird der Verriegelungskolben 10 in axialer Richtung 12 bewegt bis dieser in dem Abtriebselement 14 vollständig versenkt ist und eine Verdrehung zwischen Antriebselement 3 und Abtriebselement 14 vollzogen werden kann.
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Die Verriegelungskulisse 5 ist als topfförmiges Einsatzteil in die Öffnung 4 des Deckelelementes 2 eingesetzt, vorzugsweise eingepresst. Der Außenumfang 8 der Verriegelungskulisse 5 weist eine Verankerungsstruktur 6 auf. Die Verankerungsstruktur 6 ist mit 2 näher beschrieben.
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2 zeigt eine Detailansicht auf die Verriegelungskulisse 5 eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1.
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Die Verriegelungskulisse 5 weist an seinem Außenumfang 8 eine Verankerungsstruktur 5 auf, welche mit der Öffnung 4 des Deckelelements 2 in Eingriff kommen kann. Diese Ausbildung der Verankerungsstruktur 5 ermöglicht ein Fügen aus der Richtung der abgewandten Seite des Antriebselements 3. Vorteilhafterweise wird, wenn ein Hydraulikmitteldruck zum Entriegeln des Verriegelungskolbens 10 gegen den Boden der Verriegelungskulisse 5 drückt, die definierte Position der Verriegelungskulisse 5 zum Deckelelement 2 beibehalten, da die Verankerungsstruktur 6 die hierbei entstehenden Kräfte abstützt.
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Die Verankerungsstruktur 6 ist als Vielzahl keilförmiger und umlaufender Stege ausgebildet. Alternativ kann die Verankerungsstruktur 6 als Rändel oder als Vielzahl keilförmiger, nicht umlaufender Stege ausgebildet sein. Die Verankerungsstruktur 6 nimmt weitestgehend die gesamte axiale Länge der Verriegelungskulisse 5 ein.
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Mit 2 sind zwei Montagesituationen sehr vereinfacht dargestellt. Auf der linken Seite der 2 ist die Verriegelungskulisse 5 noch nicht mit dem Deckelelement 2 gefügt. Auf der rechten Seite der 2 ist bereits die Verriegelungskulisse 5 in die Öffnung 4 des Deckelelements 2 gefügt worden. Deutlich zu erkennen ist, dass die Verankerungsstruktur 6 eine Form von, von aufgereihten umlaufenden Stegen ausgebildete, Widerhaken aufweist. Ferner weist die topfförmige Verriegelungskulisse 5 auf der Innenseite eine vom Boden ausgebildete Nut 9 auf, mit welcher ein Werkzeug in Eingriff kommen kann, um die Verriegelungskulisse 5 auch im verbauten Zustand um die eigene Achse justieren zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Deckelelement
- 3
- Antriebselement
- 4
- Öffnung
- 5
- Verriegelungskulisse
- 6
- Verankerungsstruktur
- 7
- Widerhaken
- 8
- Außenumfang
- 9
- Nut
- 10
- Verriegelungskolben
- 11
- Boden
- 12
- axiale Richtung
- 13
- Verzahnung
- 14
- Abtriebselement
- 15
- Schrauben
