DE102015203894A1 - Nockenwellenbaugruppe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenbaugruppe (100) mit einer Nockenwelle (1), wobei die Nockenwelle (1) eine innere Nockenwelle (2) und eine zu dieser inneren Nockenwelle (2) weitestgehend konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle (3) aufweist. Die Nockenwellenbaugruppe weist ferner einen Nockenwellenversteller (4) mit einem Stator (5) und einem Rotor (6) auf, wobei der Rotor (6) hydraulisch innerhalb des Stators (5) verdrehbar ist. Zwischen dem Nockenwellenversteller (4) und der Nockenwelle (1) ist ein Kupplungselement (7) angeordnet, wobei das Kupplungselement (7) nach Art einer Loewe-Kupplung (20) oder nach Art einer Schmidt-Kupplung (40) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenbaugruppe mit einer Nockenwelle, die eine innere Nockenwelle und eine zu dieser inneren Nockenwelle konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle aufweist, mit einem Nockenwellenversteller, welcher einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor hydraulisch innerhalb des Stators verdrehbar ist, sowie mit einem zwischen dem Nockenwellenversteller und der Nockenwelle angeordneten Kupplungselement.
  • Eine derartige Nockenwellenbaugruppe zur variablen Verstellung von Steuerzeiten von Gaswechselventilen an einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der WO 2011/133452 A2 bekannt. Dabei erfolgt die Kupplung zwischen der inneren Nockenwelle und dem Rotor des Nockenwellenverstellers über eine flexible Kupplung, welche biegeweich ist, aber torsionssteif ist und somit die Torsionsmomente vom Rotor auf die innere Nockenwelle überträgt und eine Verdrehung der inneren Nockenwelle gegenüber der äußeren Nockenwelle ermöglicht. Durch diese Kupplung ist eine Verbindung möglich, welche aufgrund ihrer Biegeweichheit zwar einen gewissen Winkelversatz zwischen der inneren Nockenwelle und dem Rotor des Nockenwellenverstellers ausgleichen kann, jedoch ungeeignet ist, um einen radialen Toleranzausgleich zu schaffen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nockenwellenbaugruppe derart weiterzubilden, dass zusätzlich ein radialer Toleranzausgleich zwischen der Nockenwelle und dem Nockenwellenversteller möglich ist, so dass ein weitestgehend kraftfreier Ausgleich möglich ist und die Ansprüche an das Material des Kupplungselements hinsichtlich der Dauerfestigkeit gering sind.
  • Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Nockenwellenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, bei der das Kupplungselement zwischen Nockenwellenversteller und Nockenwelle nach Art einer Loewe-Kupplung oder nach Art einer Schmidt-Kupplung ausgebildet ist.
  • Gemäß der Grundidee der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Nockenwelle und dem Nockenwellenversteller ein Kupplungselement vorgesehen ist, welches sowohl einen radialen Toleranzausgleich als auch einen Ausgleich von angularen Fehlern zwischen der Nockenwelle und dem Nockenwellenversteller ermöglicht. Eine sogenannte Loewe-Kupplung bietet den Vorteil, dass der Toleranzausgleich weitestgehend kräftefrei stattfindet und somit nur geringe Ansprüche an das Material des Kupplungselements in Bezug auf die Dauerfestigkeit und den Widerstand gegen plastische Verformung gestellt werden. Dabei kann ein Ausgleichselement des Kupplungselements durch ein Verschieben die radialen Toleranzen und durch ein Verkippen die angularen Toleranzen ausgleichen. Dieses Zwischenelement wird in zwei Kupplungsflanschen geführt. Vorteil bei dieser Bauart ist es, dass der Toleranzausgleich nicht durch eine elastische Verformung erreicht wird, sondern durch ein Verschieben bzw. Verdrehen des Ausgleichselements, so dass das Ausgleichselement nur die Reibung zwischen den sich zueinander bewegenden Bauteilen überwinden muss. Folglich kann der Ausgleich nahezu kraftfrei erfolgen.
  • Alternativ kann zwischen dem Nockenwellenversteller und der Nockenwelle eine sogenannte Schmidt-Kupplung angeordnet sein. Eine Schmidt-Kupplung kann primär einen radialen Versatz ausgleichen, kann jedoch durch die Integration eines biegeweichen Bauteils auch angulare Toleranzen ausgleichen. Eine Schmidt-Kupplung bietet ebenfalls den Vorteil einer weitestgehend kraftfreien Möglichkeit, radiale Toleranzen auszugleichen und bietet somit eine weitere Möglichkeit, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden. Dabei können durch eine Verlagerung des Ausgleichselements des Kupplungselements Toleranzen kompensiert werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch dargestellten Nockenwellenbaugruppe möglich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kupplungselement einen ersten Kupplungsflansch, einen zweiten Kupplungsflansch und ein Ausgleichselement umfasst, wobei der erste Kupplungsflansch mit der inneren Nockenwelle und der zweite Kupplungsflansch mit dem Rotor des Nockenwellenverstellers verbunden ist. Dadurch ist ein Toleranzausgleich bei den jeweils inneren Bauteilen, d.h. bei der inneren Nockenwelle und dem Rotor, geschaffen, bei denen die Gefahr eines Verklemmens gegenüber den äußeren Bauteilen, d.h. dem Stator und der äußeren Nockenwelle, besonders groß ist. Da es schon allein aufgrund der größeren Durchmesser leichter ist, den Stator zur äußeren Nockenwelle zu zentrieren, ist der Toleranzausgleich bei den Bauteilen mit kleineren Durchmessern schwieriger, da sich hier ein Winkel- oder Lagefehler potenziell stärker auswirkt. Das Zwischenelement wird in den zwei Kupplungsflanschen geführt, wobei die Kupplungsflansche drehfest mit dem Rotor bzw. der inneren Nockenwelle verbunden sind.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ausgleichselement formschlüssig mit dem ersten Kupplungsflansch verbunden ist. Eine formschlüssige Verbindung lässt ein Verdrehen, Verschieben oder Verkippen des Ausgleichselements zu, so dass das Ausgleichselement ohne große Krafteinwirkung seine Ausgleichsfunktion erfüllen kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kupplungselement ein Axiallager ausbildet, welches eine axiale Lagerung der inneren Nockenwelle in der als Hohlwelle ausgebildeten äußeren Nockenwelle ermöglicht. Die beiden vorgehend genannten Kupplungsarten können axiale Kräfte übertragen, so dass das Kupplungselement, insbesondere der erste Kupplungsflansch, als Axiallager fungieren kann, um die beiden koaxialen Nockenwellen axial zueinander eindeutig zu positionieren. Somit wird kein zusätzliches Axiallager benötigt, was die Kosten senkt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kontaktflächen an dem Ausgleichselement und/oder den Kupplungsflanschen geschmiert und/oder beschichtet werden, um den Reibkoeffizienten weiter zu reduzieren. Somit können die Reibung und die damit verbundenen Kräfte nochmals reduziert werden, was die Haltbarkeit des Kupplungselements erhöht.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nockenwellenbaugruppe;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nockenwellenbaugruppe;
  • 3 ein Kupplungselement nach Art einer Loewe-Kupplung aus einer erfindungsgemäßen Nockenwellenbaugruppe;
  • 4 einen radialen Ausgleich in y-Richtung bei einem Kupplungselement gemäß 3;
  • 5 einen radialen Ausgleich in z-Richtung bei einem Kupplungselement gemäß 3;
  • 6 einen angularen Ausgleich um die y-Achse bei einem Kupplungselement gemäß 3;
  • 7 einen angularen Ausgleich um die z-Achse bei einem Kupplungselement gemäß 3;
  • 8 ein alternatives Kupplungselement nach Art einer Schmidt-Kupplung aus einer erfindungsgemäßen Nockenwellenbaugruppe in Explosionsdarstellung; und
  • 9 weitere Darstellungen des Kupplungselements aus 8.
  • In den 1 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nockenwellenbaugruppe 100 zur variablen Steuerung von Öffnungszeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine dargestellt. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Nockenwellenbaugruppe 100 eine Nockenwelle 1, einen Nockenwellenversteller 4 sowie ein zwischen dem Nockenwellenversteller 4 und der Nockenwelle 1 angeordnetes Kupplungselement 7, welches als Loewe-Kupplung 20 ausgebildet ist. Die Nockenwelle 1 ist als sogenannte „Cam-in-Cam Nockenwelle“ ausgeführt, dabei weist die Nockenwelle 1 eine innere Nockenwelle 2 und eine konzentrisch zu dieser inneren Nockenwelle 2 angeordnete äußere Nockenwelle 3 auf. Der Nockenwellenversteller 4 umfasst einen Stator 5 und einen drehbar im Stator 5 gelagerten Rotor 6. Das Kupplungselement 7 umfasst einen ersten Kupplungsflansch 8, welcher mit der inneren Nockenwelle 2 verbunden ist, sowie einen zweiten Kupplungsflansch 9, welcher mit dem Rotor 6 des Nockenwellenverstellers 4 verbunden ist. Zwischen dem ersten Kupplungsflansch 8 und dem zweiten Kupplungsflansch 9 ist ein Ausgleichselement 10 angeordnet, welches radial verschiebbar in dem ersten Kupplungsflansch 8 geführt ist und einen angularen Ausgleich durch eine Verdrehung zu einer Mittelachse der Nockenwellenbaugruppe 100 ermöglicht. Der erste Kupplungsflansch 8 bildet für die innerer Nockenwelle 2 ein Axiallager 11, mit dem die innere Nockenwelle 3 in der als Hohlwelle 12 ausgeführten äußeren Nockenwelle 3 gelagert ist, so dass ein zusätzliches Axiallager entfallen kann.
  • In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nockenwellenbaugruppe 100 dargestellt. Bei weitestgehend ähnlichem Aufbau zu dem Ausführungsbeispiel in 1 wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Die äußere Nockenwelle 3, welche als Hohlwelle 12 ausgeführt ist, ist mit dem ersten Kupplungsflansch 8 des Kupplungselements 7 verbunden. Der Stator 5 ist mit dem zweiten Kupplungsflansch 9 des Kupplungselements 7 verbunden. Zwischen dem ersten Kupplungsflansch 8 und der inneren Nockenwelle 2 ist das Ausgleichselement 10 angeordnet, welches radial in dem ersten Kupplungsflansch 8 geführt ist und dabei in radialer Richtung verschiebbar ist. Das Ausgleichselement 10 dient dabei als Axiallager 11 für die innere Nockenwelle 2. Über das Ausgleichselement 10 ist ein Verdrehen der inneren Nockenwelle 2 möglich, so dass ein angularer Winkelversatz ausgeglichen werden kann.
  • In 3 ist das Kupplungselement 7 mit seinen Einzelkomponenten offenbart. Das Kupplungselement 7 der Loewe-Kupplung 20 umfasst den ersten Kupplungsflansch 8, das Ausgleichselement 10 sowie den zweiten Kupplungsflansch 9. Das Ausgleichselement 10 weist dabei einen zylindrischen Grundkörper 17 auf, aus dem radial vier Flügel 16 hervorstehen. Dabei sind die Flügel 16 um je 90° zueinander versetzt angeordnet. Jeweils zwei um 180° versetzt zueinander angeordnete Flügel 16 sind mit dem ersten Kupplungsflansch 8 und mit dem zweiten Kupplungsflansch 9 verbunden.
  • In 4 ist ein radialer Ausgleich des Kupplungselements 7 in y-Richtung dargestellt. Dabei verschiebt sich der zweite Kupplungsflansch 9 entlang der y-Achse, wobei der zylindrische Grundkörper 17 des Ausgleichselements 10 als Anschlag dient. Zur Führung und Aufnahme der Flügel 16 sind in dem ersten Kupplungsflansch 8 und in dem zweiten Kupplungsflansch 9 Öffnungen vorgesehen, welche die Flügel 16 umschließen.
  • In 5 ist ein radialer Ausgleich des Kupplungselements 7 in z-Richtung dargestellt. Dabei verschiebt sich der zweite Kupplungsflansch 9 entlang der z-Achse, wobei der zylindrische Grundkörper 17 des Ausgleichselements 10 als Anschlag dient.
  • In 6 ist ein angularer Ausgleich des Kupplungselements 7 um die y-Achse dargestellt. Dabei verdreht sich das Ausgleichselement 10, welches durch die Flügel 16 geführt ist um die y-Achse, wobei die Öffnungen im ersten Kupplungsflansch 8 als Lager für die Flügel 16 bzw. das Ausgleichselement 10 dienen.
  • In 7 ist ein angularer Ausgleich des Kupplungselements 7 um die z-Achse dargestellt. Analog der Verdrehung um die y-Achse ist durch das Ausgleichselement 10 auch eine Verdrehung um die z-Achse möglich.
  • In 8 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kupplungselements 7 dargestellt. Das Kupplungselement 7 ist nach Art einer Schmidt-Kupplung 40 ausgebildet. Das Kupplungselement 7 weist einen ersten Kupplungsflansch 8 in Form einer ersten Scheibe auf, welche mit der inneren Nockenwelle 2 verbindbar ist und einen zweiten Kupplungsflansch 9, welcher mit dem Rotor 6 des Nockenwellenverstellers 4 verbindbar ist. Zwischen den beiden Kupplungsflanschen 8, 9 ist ein Ausgleichselement 10 in Form eines als weitere Scheibe ausgebildeten Zwischenelements 15 angeordnet. Die Kupplungsflansche 8, 9 sind über Verbindungselemente 13, 14 mit dem Zwischenelement 15 verbunden. Die Verbindungselemente 13, 14 erlauben eine Verschiebung des Zwischenelements 15 in radialer Richtung. Ein radialer Ausgleich in x-Richtung bzw. z-Richtung ist in 9 dargestellt. Durch ein entsprechend biegeweiches Zwischenelement 15 ist zudem ein angularer Ausgleich möglich.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwelle
    2
    innerer Nockenwelle
    3
    äußere Nockenwelle
    4
    Nockenwellenversteller
    5
    Stator
    6
    Rotor
    7
    Kupplungselement
    8
    erster Kupplungsflansch
    9
    zweiter Kupplungsflansch
    10
    Ausgleichselement
    11
    Axiallager
    12
    Hohlwelle
    13
    Verbindungselement
    14
    Verbindungselement
    15
    Zwischenelement
    16
    Flügel
    17
    zylindrischer Grundkörper
    20
    Loewe-Kupplung
    40
    Schmidt-Kupplung
    100
    Nockenwellenbaugruppe
  • 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
    • WO 2011/133452 A2 [0002]

Claims (4)

  1. Nockenwellenbaugruppe (100) mit: – einer Nockenwelle (1), wobei die Nockenwelle (1) eine innere Nockenwelle (2) und eine zu dieser inneren Nockenwelle (2) weitestgehend konzentrisch angeordnete äußere Nockenwelle (3) aufweist, – einem Nockenwellenversteller (4), welcher einen Stator (5) und einen Rotor (6) aufweist, wobei der Rotor (6) hydraulisch innerhalb des Stators (5) verdrehbar ist, sowie – einem zwischen dem Nockenwellenversteller (4) und der Nockenwelle (1) angeordneten Kupplungselement (7), dadurch gekennzeichnet, dass – das Kupplungselement (7) nach Art einer Loewe-Kupplung (20) oder nach Art einer Schmidt-Kupplung (40) ausgebildet ist.
  2. Nockenwellenbaugruppe (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Kupplungselement (7) dreiteilig ausgebildet ist, wobei – das Kupplungselement (7) einen ersten Kupplungsflansch (8), einen zweiten Kupplungsflansch (9) und ein Ausgleichselement (10) umfasst, und – der erste Kupplungsflansch (8) mit der inneren Nockenwelle (2) und der zweite Kupplungsflansch (9) mit dem Rotor (6) verbunden ist.
  3. Nockenwellenbaugruppe (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Ausgleichselement (10) formschlüssig mit dem ersten Kupplungsflansch (8) verbunden ist.
  4. Nockenwellenbaugruppe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Kupplungselement (7) ein Axiallager (11) ausbildet, welches eine axiale Lagerung der inneren Nockenwelle (2) in der als Hohlwelle (12) ausgebildeten äußeren Nockenwelle (3) ermöglicht.
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