DE102014214444A1

DE102014214444A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102014214444A1
Application number: DE102014214444.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHULTE
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-01-28

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Nockenwellenversteller (1) für einen Steuerriementrieb, mit einem Riemenrad (2), wobei das Riemenrad (2) über mehrere Abstützstellen (3) mit einem Gehäuse (4) des Nockenwellenverstellers (1) verbunden ist, welches ein mit einer Nockenwelle verbindbares Abtriebselement (5) des Nockenwellenverstellers (1) umragt und relativ zu diesem verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenrad (2) zwischen den Abstützstellen (3) flexibel ausgebildet ist, so dass sich im Betrieb des Nockenwellenverstellers (1) das Riemenrad (2) verformt und somit die Amplitude der Schwingungen des Steuerriemens des Steuerriementriebs beeinflusst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
Hintergrund der Erfindung
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-, Kettenoder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
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.
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.
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.
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.
Die EP 1 448 916 offenbart ein Riemenrad mit einer nicht-kreisförmigen Lauffläche um Schwingungen im Steuertrieb zu reduzieren.
Die DE 10 2004 015 954 zeigt ein Rad eines Umschlingungsgetriebes, welches zwischen den Speichen eine federnde Ausbildung aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine Schwingungsreduzierung des Steuertriebs bewirkt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird erreicht, dass durch die Nachgiebigkeit des Riemenrades die Schwingungen im Steuertrieb reduziert werden. Die Anregung erfolgt aus den Nockenwellenwechselmomenten, welche die Schwingungen auf den Steuertrieb über den Nockenwellenversteller übertragen. Dem gegenüber steht die Riemenspannkraft, welche das erfindungsgemäße Riemenrad eine Verformung aussetzt, die je nach Winkellage der Riemenrades variabel ist. Die Verformungen bewirken eine Drehungleichförmigkeit, welche der Anregung derart entgegenwirkt, dass die durch die Nockenwellenwechselmomente erzeugten Schwingungen weitestgehend ausgelöscht werden und keinen Einfluss auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine mehr haben.
Der Steuerriemen ist bevorzugterweise ein Zahnriemen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Amplitude minimiert bzw. eliminiert.
Das Riemenrad ist mit dem Gehäuse bzw. am Nockenwellenversteller mittels eines Kraft-, Form-, und/oder Stoffschlusses verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann auch durch das Umspritzen des Gehäuses mit einem Polymer hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besitzt die Laufbahn des Riemenrads in einem vom Riemen unbelasteten Zustand eine Kreisform und verformt sich durch die Spannung des Steuerriemens im Betrieb. Vorteilhafterweise entspricht die Anzahl der Abstützstellen der Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, welche der jeweiligen Nockenwelle zugeordnet sind.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung tritt die Verformung in radialer Richtung auf und der Bereich zwischen den Abstützstellen federt elastisch ein. Als Werkstoffe für das Riemenrad bieten sich vorteilhafterweise Metalllegierungen oder Kunststoffe an, welche den erforderlichen E-Modul aufweisen, um die federnde Wirkung zu bewirken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller im Schnitt und
2 die Verformung des Riemenrades nach 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 im Schnitt.
Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Riemenrad 2, ein Gehäuse 3 und einen als Rotor ausgebildetes Abtriebselement 5 mit einer Laufbahn 6 für einen Synchronriemen auf. Der Nockenwellenversteller 1 rotiert im Betrieb um eine Drehachse. Ferner weist der Nockenwellenversteller 1 zumindest eine Schraube und ggf. noch weitere – hier nicht dargestellte – Komponenten auf. Mittels der Schraube wird das Riemenrad 2 mit dem Gehäuse 3 befestigt und stellt eine Abstützstelle 4 dar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 5 als ein im Stand der Technik bekannter Stator ausgebildet und bildet mit dem Abtriebselement 5 die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Arbeitskammern aus, die zur Verstellung der Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle genutzt werden.
2 zeigt die Verformung des Riemenrades nach 1. Wirkt eine Kraft durch den Riemen auf die Lauffläche 6 des Riemenrads 2 entlang des Pfeiles FRiemen, so verformt sich der Bereich zwischen zwei Abstützstellen 3. Dies ist hier dargestellt durch die gestrichelte Linie mit der Bezeichnung „Verformung“, wobei die Darstellung sehr schematisch und überzeichnet ist. In Folge der Einfederung des Bereichs sind die Abstützstellen 3 vorteilhafterweise gelenkig ausgebildet – hier dargestellt durch die Doppelpfeile mit der gestrichelten Linie. Dreht sich das Riemenrad um seine Drehachse, so wandert die Last des Riemens über die Lauffläch 6, entlastet den verformten Bereich und lässt diesen wieder ausfedern. Dadurch, dass die Abstützstellen 3 steifer als der verformbare Bereich ausgebildet sind, ist an dieser Stelle die Verformung minimal. Somit erfährt der Steuertrieb durch die Drehbewegung des Riemenrades und seiner Verformung in Abhängigkeit von seiner Winkellage eine entgegen der Eigenschwingung aufgeprägte Gegenschwingung, die in einer „Auslöschung“ der Amplituden endet und den Steuertrieb beruhigt.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Riemenrad
3: Abstützstelle
4: Gehäuse
5: Abtriebselement
6: Laufbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1448916 [0007]
DE 102004015954 [0008]

Claims

Nockenwellenversteller (1) für einen Steuerriementrieb, mit einem Riemenrad (2), wobei das Riemenrad (2) über mehrere Abstützstellen (3) mit einem Gehäuse (4) des Nockenwellenverstellers (1) verbunden ist, welches ein mit einer Nockenwelle verbindbares Abtriebselement (5) des Nockenwellenverstellers (1) umragt und relativ zu diesem verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenrad (2) zwischen den Abstützstellen (3) flexibel ausgebildet ist, so dass sich im Betrieb des Nockenwellenverstellers (1) das Riemenrad (2) verformt und somit die Amplitude der Schwingungen des Steuerriemens des Steuerriementriebs beeinflusst.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude minimiert bzw. eliminiert wird.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (6) des Riemenrads (2) in einem vom Riemen unbelasteten Zustand eine Kreisform besitzt und sich durch die Spannung des Steuerriemens im Betrieb verformt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung in radialer Richtung auftritt und der Bereich zwischen den Abstützstellen (3) elastisch einfedert.