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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenverstellers.
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Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um die Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile des Verbrennungsmotors an einen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Aus dem Stand der Technik sind sowohl elektrisch agierende Nockenwellenversteller als auch hydraulische Nockenwellenversteller bekannt. Eine bekannte Variante eines hydraulischen Nockenwellenverstellers arbeitet nach dem Flügelzellenprinzip. Dabei umfasst der Nockenwellenversteller einen Stator und einen relativ zum Stator verdrehbaren Rotor, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor mehrere Hydraulikräume ausgebildet sind, welche durch die Flügel des Rotors jeweils in zwei Arbeitskammern unterteilt werden. Durch eine entsprechende hydraulische Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern kann die Lage des Rotors relativ zum Stator verändert und somit die Steuerzeiten der Ventile angepasst werden. Dabei kann der Rotor direkt oder über einen Adapter mit einem Ende der Nockenwelle verbunden sein.
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Aus der
DE 10 2011 050 084 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor bekannt. Dabei ist zwischen dem Rotor des Nockenwellenverstellers und der Nockenwelle ein Nockenwellenadapter angeordnet, der mit seinen Stirnseiten axial zwischen der Rotornabe und einem Nockenwellenteil verspannt ist. Der Stator des Nockenwellenverstellers ist dabei innerhalb eines Zahnriemenrades angeordnet. Der Stator und das Zahnriemenrad sind dabei einstückig ausgebildet. Der Nockenwellenversteller ist über einen nicht dargestellten Zahnriemen von einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors antreibbar.
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Aus der
DE 10 2012 102 022 A1 ist ein Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor bekannt, welcher einen gesinterten Rotor mit einer geschliffenen Stirnseite aufweist. Dabei ist zwischen der geschliffenen Stirnseite des Rotors und der Nockenwelle ein Nockenwellenadapter angeordnet, um den Rotor zur Nockenwelle zu zentrieren.
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Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist jedoch, dass der Antrieb des Nockenwellenverstellers in axialer Verlängerung der Nockenwellen angeordnet ist, und somit zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Nockenwellenversteller bekannt, bei denen der Nockenwellenversteller über ein Kettenrad angetrieben wird, welches auf einem zwischen Rotor und Nockenwelle angeordneten Adapter gelagert ist. Dadurch kann das Kettenrad auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des Nockenwellenverstellers angeordnet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller bereitzustellen, welcher in kompakter Bauweise ausgeführt werden kann und sich kostenoptimal herstellen lässt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Nockenwellenversteller zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors mit einem Stator und einem relativ zum Stator verdrehbaren Rotor gelöst, wobei der Rotor über einen Adapter mit einem Ende einer Nockenwelle verbunden ist, sowie mit einem Kettenrad, welches drehfest mit dem Stator des Nockenwellenverstellers verbunden ist, und wobei das Kettenrad mit einem ersten Führungsabschnitt auf der Nockenwelle und mit einem zweiten Führungsabschnitt auf dem Adapter gelagert ist. Dadurch ist eine kompakte Bauweise des Nockenwellenverstellers möglich, wobei der Adapter geometrisch einfach und somit kostengünstig ausgeführt werden kann.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass an dem Kettenrad eine Durchgangsöffnung zur Zentrierung der Nockenwellen und des Adapters ausgebildet ist. Dadurch kann der Adapter vom Kettenrad zum Nockenwellenende zentriert werden und es verringert sich im Vergleich zu einem Adapter, der direkt von der Nockenwelle zentriert wird, der radial nötige Bauraum. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Adapter und das Kettenrad jeweils in einem Sinterprozess gefertigt sind. Dadurch ist eine besonders kostengünstige Herstellung ohne nachfolgende spanende Bearbeitung möglich, sodass die Gefahr von fertigungstechnischen Verunreinigungen, insbesondere von Spänen oder Partikeln, vermieden wird. Dabei kann insbesondere eine mechanische Bearbeitung von einer zusätzlichen Zentrierfläche entfallen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Adapter ein Absatz, insbesondere ein zylindrischer Absatz, zur Lagerung des Rotors ausgebildet ist. Dadurch ist eine besonders einfache Zentrierung und Lagerung des Rotors zum Adapter und somit zur Nockenwelle möglich, sodass die Gefahr von Kippfehlern weiter reduziert wird. Somit kann eine hohe Genauigkeit der Koaxialität zwischen dem Rotor und der Nockenwelle erreicht werden.
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In einer weiteren Verbesserung ist vorgesehen, dass eine Kontaktfläche zwischen dem Rotor und dem Adapter und/oder eine Kontaktfläche zwischen dem Adapter und der Nockenwelle mit einer reibungserhöhenden Struktur, insbesondere einer Laserstruktur, versehen ist. Durch eine Strukturierung der Kontaktflächen kann das über den Kraftschluss übertragbare Drehmoment gesteigert werden, da zusätzlich eine Mikroverzahnung ausgebildet wird, welche das übertragbare Drehmoment erhöht. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Kontaktflächen mit einer speziellen Wärmebehandlung bearbeitet werden, um die Deformation der Bauteile nach der Montage zu verringern und das übertragbare Drehmoment zu erhöhen.
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In einer weiteren, vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass an dem Adapter eine Erhöhung oder Vertiefung zur formschlüssigen Verbindung mit dem Rotor oder der Nockenwelle ausgebildet ist. Dadurch kann eine angulare Ausrichtung der Bauteile zueinander verbessert werden. Des Weiteren kann durch ein weiteres Geometrieelement sichergestellt werden, dass ein Verdrehen zwischen diesen Bauteilen unterbunden wird. Zwar ist eine Verdrehung zueinander bei rotationssymmetrischen Bauteilen prinzipiell möglich, jedoch kann hier durch ein Verdrehen in Abhängigkeit von den Rundlaufeigenschaften des Adapters und der Angularität die Koaxialität der Bauteile zueinander negativ beeinflusst werden. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn ein Verdrehen des Adapters zum Rotor oder zur Nockenwelle durch einen Formschluss verhindert wird.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Verbesserung ist vorgesehen, dass an dem Adapter eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Verdrehsicherung ausgebildet ist. Alternativ zu einem vorstehenden Geometrieelement kann an dem Adapter auch eine Ausnehmung, insbesondere eine Durchgangsöffnung, besonders bevorzugt eine zylindrische Durchgangsbohrung, ausgebildet sein. Dabei umfasst die Verdrehsicherung vorzugsweise einen Stift, insbesondere einen zylindrischen Stift, der mit einer Ausnehmung, insbesondere mit einer Bohrung oder Nut in der Nockenwelle oder in dem Rotor in Wirkverbindung tritt und somit eine formschlüssige Verbindung schafft. Zudem können die Ausnehmung oder die Durchgangsbohrung zur Ölversorgung des Nockenwellenverstellers genutzt werden. Zudem ist es möglich, dass zumindest zwei Ausnehmungen oder Durchgangsöffnungen im Adapter vorgesehen sind, wobei zumindest eine zur Aufnahme einer Verdrehsicherung und zumindest eine andere zur Ölführung durch den Adapter vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenverstellers mit einem Stator, einem Rotor und einem Kettenrad, welcher mit einem Ende einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors verbunden wird, wobei zwischen dem Rotor und der Nockenwelle ein Adapter angeordnet wird, wobei das Kettenrad mit einem ersten Führungsabschnitt auf der Nockenwelle gelagert wird, wobei das Kettenrad mit einem zweiten Führungsabschnitt auf dem Adapter gelagert wird, wobei der Adapter mit der Nockenwelle verbunden wird, und wobei ein Verbund, umfassend zumindest den Adapter und die Nockenwelle in eine Durchgangsöffnung des Kettenrades eingeführt und dabei zentriert wird. Dadurch ist eine besonders einfache Montage des Nockenwellenverstellers ohne zusätzliche Einstellarbeiten möglich.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt
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1 einen hydraulischen Nockenwellenversteller nach dem Flügelzellenprinzip, bei dem das Kettenrad mit einem ersten Führungsabschnitt auf der Nockenwelle und mit einem zweiten Führungsabschnitt auf dem Adapter gelagert ist,
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2 einen Rotor sowie einen Adapter für einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einem Absatz zur lageorientierten Ausrichtung von Rotor und Adapter.
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1 zeigt einen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 zur Verstellung der Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- bzw. Auslassventile eines Verbrennungsmotors. Der Nockenwellenversteller 1 umfasst einen Stator 2 und einen Rotor 3, wobei der Rotor 3 um eine gemeinsame Drehachse mit dem Stator 2 drehbar im Stator 2 gelagert ist. Der Rotor 3 ist über einen Adapter 4 mit einem Ende 6 einer Nockenwelle 5 des Verbrennungsmotors verbunden. Der Stator 2 ist auf seiner der Nockenwelle 5 abgewandten Stirnseite durch einen Deckel 20 verschlossen, wobei der Deckel 20 durch Öffnungen im Stator 2 mit einem Kettenrad 7 des Nockenwellenverstellers verbunden ist. Dazu sind in dem Kettenrad 7 Bohrungen 22 mit einem Gewinde 23 ausgebildet, durch welche der Deckel 20 mittels Schrauben 21, welche durch die Öffnungen im Stator gesteckt sind, mit dem Kettenrad 7 verschraubt ist. An dem Kettenrad 7 ist eine Durchgangsöffnung 10 ausgebildet, welche eine Führungsfläche des Kettenrads 7 ausbildet. An dem Ende 6 der Nockenwelle 5 ist ein erster Führungsabschnitt 8 ausgebildet, welcher mit der Führungsfläche des Kettenrads 7 in Wirkverbindung treten kann. An dem Adapter 4 ist ein zweiter Führungsabschnitt 9 ausgebildet, welcher ebenfalls mit der Führungsfläche an dem Kettenrad 7 in Wirkverbindung treten kann. Zwischen dem ersten Führungsabschnitt 8 an dem Ende der Nockenwelle 5 und dem zweiten Führungsabschnitt 9 an dem Adapter 4 ist an dem Adapter 4 ein Freischnitt 25 vorgesehen, um ein Verklemmen des Kettenrades 7 zu unterbinden. Alternativ kann der Adapter 4 an seinem Außendurchmesser auch mit einem konstanten Durchmesser ausgeführt sein.
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An dem Kettenrad 7 ist ein erster Abschnitt 29 vorgesehen, welcher zur Fixierung des Kettenrads 7 an dem Stator 2 vorgesehen ist. Ferner ist an dem Kettenrad 7 ein Absatz 17 vorgesehen, an dem eine Verzahnung 18 zur Aufnahme einer Kette vorgesehen ist, mit der der Nockenwellenversteller mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden werden kann. Zwischen dem ersten Abschnitt 29 und dem Absatz 17 ist eine Ausnehmung 19 vorgesehen, um der Kette einen notwendigen Freiraum zu verschaffen. Zudem können über die Breite des Kettenrades 7 Vorgaben bezüglich der Position der Kette in Bezug auf die Nockenwelle 5 konstruktiv umgesetzt werden, ohne dass weitere Bauteile verändert werden müssen.
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Der Adapter 4 ist als simpler, im Wesentlichen zylindrischer Körper ausgeführt und weist an seinem dem Rotor 3 zugewandten Ende einen Absatz 11 zur Zentrierung der Positionen von Adapter 4 und Rotor 3 zueinander auf. Zusätzlich weist der Adapter 4 Ausnehmungen 12 auf, in welche Zentrierstifte oder sonstige Hilfsmittel zur angularen Ausrichtung eingeführt werden können, um eine Lageorientierung bezüglich des Rotors 3 zum Adapter 4 und/oder bezüglich des Adapters 4 zur Nockenwelle 5 sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich können an dem Adapter 4 Ausnehmungen 12, insbesondere Durchgangsbohrungen, zur Ölführung zwischen der Nockenwelle 5 und dem Rotor 3 vorgesehen werden. Dabei liegt der Adapter 4 mit einer ersten Kontaktfläche 14 an dem Rotor 3 des Nockenwellenverstellers 1 und mit einer zweiten Kontaktfläche 15 an dem Ende 6 der Nockenwelle 5 an.
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Die Anbindung des Rotors 3 zur Nockenwelle 5 erfolgt über den Adapter 4 mittels einer nicht dargestellten Zentralschraube oder einer anders gearteten Fixierung. Dabei soll die Gefahr eines Verkippens des Adapters 4 zur Nockenwelle 5 möglichst reduziert werden, um einen bestmöglichen Rundlauf zu erreichen und die Ölleckage am Axiallager des Nockenwellenverstellers 1 zu reduzieren. Zudem bleibt durch den Freischnitt 25 die Möglichkeit erhalten, geringe Fehler in der Koaxialität und im Rundlauf auszugleichen, sodass die Bauteile des Nockenwellenverstellers 1 vergleichsweise einfach und kostengünstig ausgeführt werden können. Der Adapter 4 wird vom Kettenrad 7 zum Ende 6 der Nockenwelle 5 zentriert, wodurch ein geometrisch einfacher und vergleichsweise kostengünstiger Adapter 4 möglich ist. Zudem besteht die Möglichkeit in radialer Richtung Bauraum einzusparen, da ein solcher Adapter 4 weniger Bauraum benötigt, als ein Adapter 4, der direkt von der Nockenwelle 5 zentriert wird.
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Der Adapter 4 des vorgeschlagenen Nockenwellenverstellers 1 wird dabei samt dem Ende 6 der Nockenwelle 5 durch die Führungsfläche des Kettenrads 7 zentriert. Dadurch können der Adapter 4 und das Kettenrad 7 fertigungstechnisch besonders preisgünstig in einem Sinterverfahren hergestellt werden, wobei eine zusätzliche, kostenintensive Bearbeitung von zusätzlichen Zentrierflächen entfallen kann. Dies führt dazu, dass sich auch die Montage des Nockenwellenverstellers 1 vereinfacht, da keine zweite Zentrierfläche mehr justiert werden muss und somit ein Arbeitsgang entfallen kann. Dabei kann ein Verbund 16 aus dem Adapter 4 und der Nockenwelle 5 in die Durchgangsöffnung 10 des Kettenrades 7 eingeführt werden, wobei sowohl der Adapter 4 als auch die Nockenwelle 5 an ihren jeweiligen Führungsabschnitten 8, 9 durch die Führungsfläche des Kettenrades 7 zentriert werden.
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Durch in die Ausnehmungen 12, welche vorzugsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind, eingesetzte Elemente, beispielsweise Zentrierstifte, kann die angulare Ausrichtung zwischen dem Adapter 4 und dem Rotor 3 sowie zwischen dem Adapter 4 und der Nockenwelle 5 sichergestellt werden, da diese Elemente ein Verdrehen zwischen den jeweiligen Bauteilen unterbinden.
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Die Kontaktfläche 14 zwischen dem Rotor 3 und dem Adapter 4 sowie die Kontaktfläche 15 zwischen dem Adapter 4 und dem Ende 6 der Nockenwelle 5 können mit einer reibungserhöhenden Struktur, insbesondere einer Laserstruktur, oder einer entsprechenden Wärmebehandlung versehen werden, um die Deformation der Bauteile nach der Montage durch eine kraftschlüssige Verbindung zu reduzieren oder bei gleicher Vorspannkraft ein höheres Drehmoment übertragen zu können.
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In 2 sind der Rotor 3, der Adapter 4 sowie das Ende 6 der Nockenwelle 5 eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der Rotor 3 weist einen Grundkörper 30 auf, aus dem sich radial zur Drehachse des Rotors 3 Flügel 24 in Richtung des Stators 2 erstrecken. Der Rotor 3 weist ferner Öffnungen 28 zur Aufnahme von den Elementen auf, welche in den Ausnehmungen 12 des Adapters 4 angeordnet sind, um ein Verdrehen des Adapters 4 gegenüber dem Rotor 3 zu unterbinden. Ferner können die Öffnungen 28 im Rotor 3 und die Ausnehmungen 12 im Adapter 4 auch der Ölversorgung des Nockenwellenverstellers 1 dienen. Der Rotor 2 weist ferner eine Verdrehsicherung 13 in Form einer Ausnehmung 26 oder eines Vorsprungs auf, mit dem eine formschlüssige Verbindung zu einem korrespondierenden Vorsprung oder einer korrespondierenden Aussparung am Adapter 4 hergestellt werden kann. Der Rotor 5 weist an seinem dem Adapter 4 zugewandten Ende ebenfalls eine Verdrehsicherung 13 in Form einer Ausnehmung 27 oder eines Vorsprungs auf, welche mit einer korrespondierenden Erhebung oder Ausnehmung am Adapter 4 in Eingriff gebracht werden kann. Zusätzlich oder alternativ können auch an dem Ende 6 der Nockenwelle 5 Öffnungen 28 vorgesehen werden, um die Elemente, welche in den Aussparungen des Adapters 12 eingesetzt sind, aufnehmen zu können und auf diese Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Adapter 4 und dem Ende 6 der Nockenwelle 5 herzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Adapter
- 5
- Nockenwelle
- 6
- Ende der Nockenwelle
- 7
- Kettenrad
- 8
- erster Führungsabschnitt
- 9
- zweiter Führungsabschnitt
- 10
- Durchgangsöffnung
- 11
- Absatz
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Verdrehsicherung
- 14
- erste Kontaktfläche
- 15
- zweite Kontaktfläche
- 16
- Verbund
- 17
- Absatz
- 18
- Verzahnung
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Deckel
- 21
- Schraube
- 22
- Bohrung
- 23
- Gewinde
- 24
- Flügel
- 25
- Freischnitt
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Öffnung
- 29
- erster Abschnitt
- 30
- Grundkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011050084 A1 [0003]
- DE 102012102022 A1 [0004]
