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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung.
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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-, Kettenoder 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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Die
DE 103 20 639 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Schwenkmotor, der einen drehfest mit einer Nockenwelle verbundenen Rotor aufweist. Dieser ist relativ zu einem ihn umgebenden Stator drehbar. Um den Nockenwellenversteller so auszubilden, dass bei einfachem Aufbau eine kostengünstige Montage gewährleistet ist, ohne die Funktionsfähigkeit des Nockenwellenverstellers zu beeinträchtigen, weist die Nockenwelle einen Form- und/oder Kraftschlussteil auf, auf dem der Rotor mit einem Grundkörper drehfest sitzt. Sein Innendurchmesser ist größer als der Durchmesser eines die Nocken der Nockenwelle umschreibenden Kreises. Der Schwenkmotor kann axial über die Nocken hinweg auf den Form- und/oder Kraftschlussteil aufgeschoben werden. Die Nockenwelle benötigt daher nur noch zwei Lagerstellen. Der Nockenwellenversteller lässt sich einfach und kostengünstig montieren und eignet sich für Kraftfahrzeuge.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nockenwellenverstellvorrichtung anzugeben, die eine besonders einfache Anbindung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierdurch wird erreicht, dass eine zuverlässige und drehfeste Verbindung zwischen dem Abtriebselement und der Nockenwelle vorhanden ist, wobei der radiale Bauraum reduziert wird, denn die Ringkanäle, die an einer Innenfläche des Abtriebselements angeordnet waren, können entfallen. Folglich kann der Nockenwellenversteller insgesamt in radialer Richtung kompakter gestaltet werden und Herstellkosten durch den Entfall der Ringkanäle, welche im Stand der Technik spanend gedreht worden sind, eingespart werden. Zudem werden die Ölwege innerhalb des Nockenwellenverstellers zu den Arbeitskammern kürzer, wodurch die Reaktionsfähigkeit des Nockenwellenverstellers erhöht ist. Zudem kann vorteilhafterweise ein erhöhtes Nockenwellenwechselmoment von der Nockenwelle auf das Abtriebselement zuverlässig übertragen werden.
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Der Querschnitt bzw. die Querschnittsform befindet sich in einer Ebene, welche senkrecht zur Drehachse des Nockenwellenversteller angeordnet ist.
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Die Nockenwelle ist als gebaute Nockenwelle oder aus Vollmaterial (bspw. aus Guss oder aus Stahl) ausgebildet und besitzt zumindest an einem Ende eine Öffnung zum Einsetzen des Ventils. Das Ventil ist vorzugsweise axial gesichert, damit es im Betrieb der Vorrichtung in seiner Position verbleibt.
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Die Innenkontur des Querschnitts des Abtriebselements kann sintertechnisch durch Kalibrieren, vorzugsweise spanlos, hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Nockenwelle Ölkanäle auf, wobei die Mündungen der Ölkanäle der Nockenwelle mit den Mündungen der Ölkanäle des Abtriebselements fluchten.
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Durch die unrunde Querschnittsform des Ventils und des Endes der Nockenwelle ist eine Verdrehsicherung zwischen den beiden Bauteilen ausgebildet, so dass die Mündungen der Ölkanäle des Ventils den Mündungen von Ölkanälen der Nockenwelle gegenüberstehen und zuverlässig einen Hydraulikmittelfluss zwischen den beiden Ölkanälen gegeben ist. Die Ölkanäle des Ventils und/oder der Nockenwelle sind vorzugsweise als radiale Bohrung ausgebildet.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Ölkanäle des Abtriebselements und der Nockenwelle Bohrungen, welche sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventil einen Außenkörper auf, der dieselbe Querschnittsform hat wie die Nockenwelle. In dem Außenkörper kann ein axial verschiebbarer Steuerkolben geführt sein, wobei der Außenkörper zur Nockenwelle durch die unrunde Querschnittsform verdrehgesichert ist. Der Steuerkolben kann ebenfalls eine unrunde Querschnittsform besitzen. Durch die axiale Verschiebung des Steuerkolbens können verschiedene Ölkanäle des Ventils mit verschiedenen Ölkanälen der Nockenwelle und somit auch des Abtriebselements verschaltet werden, so dass gezielt ein Hydraulikmittelfluss durch die Ölkanäle geführt werden kann, um bspw. eine Verstellung des Nockenwellenverstellers herbeizuführen oder eine Verriegelung des Nockenwellenverstellers zu betätigen.
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Der Außenkörper des Ventils kann hierbei als Umformteil hergestellt sein. Alternativ kann der Außenkörper auch als Urformteil, bspw. aus Kunststoff ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist zwischen dem Außenkörper und der Nockenwelle eine Presspassung vorgesehen, die dazu führt, dass ein Spalt zwischen dem Abtriebselement und der Nockenwelle geschlossen wird. Vorteilhafterweise kann so eine axiale Sicherung zwischen dem Außenkörper und der Nockenwelle ausgebildet werden, ohne weitere Bauteile zu axialen Positionssicherung verwenden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventil eine zentrische Bohrung auf, in der ein Schieberkolben aufgenommen ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine zuverlässige Übertragung eines Drehmoments von dem Abtriebselement auf die Nockenwelle erreicht bei gleichzeitiger Reduzierung radialen Bauraumes und Verringerung der Herstellkosten.
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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 zeigt:
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1 einen Schnitt mit Blick auf die Querschnittsformen der einzelnen Bauteile der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Schnitt mit Blick auf die Querschnittsformen der einzelnen Bauteile der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung 1. Die dargestellten Bauteile sind das Abtriebselement 3, die Nockenwelle 2 und das Ventil 6, wobei das Ventil 6 einen Außenkörper 4 und einen Steuerkolben 5 aufweist. Das Abtriebselement 3 ist Teil eines hier nicht weiter dargestellten und aus dem Stand der Technik bekannten Nockenwellenverstellers.
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Das Abtriebselement 3 hat eine zentrale Öffnung, durch die ein Ende der Nockenwelle 2 gesteckt ist. Diese zentrale Öffnung hat eine unrunde Querschnittsform – in diesem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsform dreieckförmig. Dieselbe und somit komplementäre Querschnittsform hat die Nockenwelle 2. Mit anderen Worten hat die Außenmantelfläche der Nockenwelle 2 das Profil einer dreieckigen Form. Durch die Ausbildung der Nockenwelle 2 als vorzugsweise dünnwandiges Bauteil mit annähernd gleichbleibender Wandstärke hat auch die Innenmantelfläche der Nockenwelle 2 das Profil einer dreieckigen Form. Das Abtriebselement 3 ist vorzugsweise mit einer geringen Presspassung axial auf der Nockenwelle 2 gefügt, wobei die Drehmomentübertragung
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In die Nockenwelle 2 ist das Ventil 6 eingesetzt, welches einen Außenkörper 4 aufweist, in dem ein Steuerkolben 5 axial beweglich geführt ist. Die Außenmantelfläche des Außenkörpers 4 hat dieselbe Querschnittsform wie die der Innenmantelfläche der Nockenwelle 2. Der Außenkörper 4 kann hierbei als Umformteil, bspw. als Fließpressteil ausgebildet sein, um in wenigen Herstellungsschritten die äußere Form und die innere Form, welche vorzugsweise in axialer Richtung keiner Änderungen unterliegen, auszubilden. Das Ventil 6 ist mit minimalen Spiel in die Nockenwelle 2 gefügt. Durch die Reduzierung einer möglicherweise vorhandenen geringen Presspassung zwischen Abtriebselement 3 und Nockenwelle 2 wird eine Deformation der Innenmantelfläche der Nockenwelle 2 vermieden, wodurch zueinander bewegbare Teile des Ventils 6, bspw. Außenkörper 4 und Steuerkolben 5 nicht mehr verklemmen können. Mit anderen Worten wird auch eine Deformation des Ventils 6 und seiner Komponenten 4, 5 vermieden.
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Alternativ kann das Ventil 6 mit einer geringen Presspassung in die Nockenwelle 2 gefügt werden, wodurch sich die Nockenwelle 2 bzw. das Ende der Nockenwelle 2 aufweitet und so zusätzlich zum Formschluss zwischen dem Abtriebselement 3 und der Nockenwelle 2 einen Kraftschluss in Form einer weiteren Presspassung ausbildet.
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Anstatt des dreieckförmigen Profils sind auch andere Profilformen denkbar, bspw. quadratisch, oval, trioval oder sternförmig.
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Das Ventil 6 weist hier nicht weiter dargestellte radial Ölbohrungen auf, welche an der Außenmantelfläche des Außenkörpers 4 ein Mündung haben. Durch die komplementäre und verdrehsichernde Form zwischen den aneinander anliegenden Bauteilen können den Mündungen der Außenmantelfläche des Außenkörpers 4 die Mündungen von radialen Ölbohrungen, welche an der Innenmantelfläche der Nockenwelle 2 angeordnet sind, deckungsgleich gegenüberstehen und einen freien Hydraulikmittelfluss durch die Nockenwelle 2 hindurch gewährleisten. Ferner haben auch die Ölbohrungen der Nockenwelle 2 Mündungen an der Außenmantelfläche der Nockenwelle 2, die klarerweise den Mündungen der Ölbohrungen an der Innenmantelfläche des Abtriebselements 3 deckungsgleich gegenüberstehen, um auch hier einen freien Hydraulikmittelfluss durch das Abtriebselement 3 hindurch gewährleisten, um bspw. die Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers zu befüllen oder zu entleeren oder eine Verriegelung im Nockenwellenversteller zu betätigen.
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Durch die unrunde Querschnittsform wird sichergestellt, dass die Mündungen der Ölbohrungen zuverlässig einander gegenüberstehen und das zumindest zwischen Abtriebselement 3 und Nockenwelle 2 eine zuverlässige Verdrehsicherung zur erhöhten Drehmomentübertragung ausgebildet ist. Eine zuverlässige Verdrehsicherung zwischen dem Ventil 6 und der Nockenwelle 2 ist ebenfalls realisiert, damit die Mündungen der Ölbohrungen zuverlässig einander gegenüberstehen. Folglich ist auch eine winkeltreue Lage zwischen den Bauteilen bei der Montage gewährleistet.
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Erfindungsgemäß können nun etwaige Ringnuten zur Hydraulikmittelführung in den Bauteilen 3, 2 und 6 entfallen, wodurch radialer Bauraum eingespart werden kann. Zudem kann der Radiallagerdurchmesser des Abtriebselements 3 kleiner ausgeführt werden, was wiederum zur Einsparung von Bauraum führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenverstellvorrichtung
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Abtriebselement
- 4
- Außenkörper
- 5
- Steuerkolben
- 6
- Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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