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Die Erfindung betrifft einen mit einem Dreiwellengetriebe als Stellgetriebe arbeitenden elektrischen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 217 291 A1 bekannt. Dieser Nockenwellenversteller umfasst eine Anschlagscheibe, in welche eine Unwuchtausgleichkontur integriert ist.
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Ein weiterer elektromotorischer Nockenwellenversteller ist in der
EP 1 776 513 B1 offenbart. Ein Dreiwellengetriebe dieses Nockenwellenverstellers kann als Taumelscheibengetriebe oder Einfach-Innenexzentergetriebe ausgebildet sein. Zur Verbindung des Stellgetriebes, das heißt Dreiwellengetriebes, mit der zu verstellenden Nockenwelle ist eine Zentralschraube vorgesehen.
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Ein in der
DE 10 2013 218 516 A1 beschriebener elektrischer Nockenwellenversteller weist eine Anschlagscheibe auf, wobei zwischen die Anschlagscheibe und die zu verstellende Nockenwelle ein Stift eingesetzter ist, welcher als Hohlkörper ausgebildet ist und einen Abschnitt eines Schmiermittelkanals bildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Nockenwellenversteller insbesondere unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten weiterzuentwickeln, wobei auch unter Bedingungen der Serienfertigung auf zuverlässige Weise eine hohe mechanische Präzision erreichbar sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektrischen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der elektrische Nockenwellenversteller weist in an sich bekannter Grundkonzeption ein als Dreiwellengetriebe ausgebildetes Stellgetriebe auf, welches mit Hilfe eines Elektromotors betätigbar ist. Während eine Antriebswelle des Dreiwellengetriebes mechanisch, typischerweise über einen Ketten- oder Riementrieb, angetrieben ist, ermöglicht der elektrische Antrieb einer Verstellwelle des Stellgetriebes die Variation der Phasenrelation zwischen einer mit dem Stellgetriebe gekoppelten Nockenwelle und der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Die zu verstellende Nockenwelle ist mit einem Abtriebselement des Stellgetriebes drehfest verbunden, wobei der Verstellbereich der Nockenwelle mittels einer dem Stellgetriebe zuzurechnenden Anschlagscheibe begrenzt ist, welche drehfest mit dem Abtriebselement verbunden und zur Zusammenwirkung mit einem weiteren Element, insbesondere Gehäuse, des Stellgetriebes vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist die Anschlagscheibe des Stellgetriebes eine zylindrische Innenumfangsfläche auf, welche sowohl der Zentrierung eines Hohlzapfens des Abtriebselementes als auch der Zentrierung eines hohlen Endabschnitts der Nockenwelle dient.
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Der Hohlzapfen des Abtriebselementes wird von einer ersten Stirnseite der Anschlagscheibe aus in diese eingesetzt und in Kontakt mit der der Zentrierung dienenden Innenumfangsfläche der Anschlagscheibe gebracht. Das Einsetzen des hohlen Endabschnitts der Nockenwelle in die Anschlagscheibe, wobei der genannte Endabschnitt mit derselben Innenumfangsfläche in Kontakt gebracht wird, erfolgt von der gegenüberliegenden Stirnseite der Anschlagscheibe aus. Dies impliziert, dass die zylindrische Innenumfangsfläche in einer Durchgangsbohrung der Anschlagscheibe liegt, wobei nicht notwendigerweise die gesamte Durchgangsbohrung als zylindrische Innenumfangsfläche ausgebildet ist.
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Die Nutzung derselben zylindrischen Innenumfangsfläche zur Zentrierung sowohl des Abtriebselementes als auch der Nockenwelle relativ zur Anschlagscheibe bedeutet, dass sich in einem Ringraum, welcher zwischen der Stirnfläche des Hohlzapfens und der Stirnfläche des hohlen Endabschnitts der Nockenwelle gebildet ist, ein Freiraum befinden kann, welcher frei von Material der Anschlagscheibe ist. Vorzugsweise existiert an keiner Stelle ein Kontakt zwischen der Nockenwelle und dem Abtriebselement.
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Die exakte Form stirnseitiger Konturen, eventuell mit Abrundungen, des hohlen Zapfens, das heißt Hohlzapfens, des Abtriebselementes einerseits und des ebenfalls hohlen Endabschnitts der Nockenwelle andererseits sind für die Zentrierfunktion der zylindrischen Innenumfangsfläche der Anschlagscheibe ohne Belang. In bevorzugter Ausgestaltung schlägt das Abtriebselement, nicht jedoch dessen Hohlzapfen, stirnseitig an der Anschlagscheibe an, während ein Flansch der Nockenwelle an der gegenüberliegenden Stirnseite der Anschlagscheibe anliegt. Der Flansch kann hierbei einen integralen Bestandteil der Nockenwelle darstellen oder mit der übrigen Nockenwelle starr verbunden sein.
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Zur Verbindung des Abtriebselementes und der Anschlagscheibe mit der Nockenwelle ist vorzugsweise eine Zentralschraube vorgesehen, welche den Hohlzapfen des Abtriebselementes und den hohlen Endabschnitt der Nockenwelle durchdringt, wobei der Kopf der Zentralschraube im Innenraum des Stellgetriebes angeordnet ist.
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Die in der Anschlagscheibe vorhandene Durchgangsbohrung, durch welche die zur Zentrierung des Abtriebselementes und der Nockenwelle vorgesehene Innenumfangsfläche gebildet ist, ist optional in Richtung zu der dem Stellgetriebe abgewandten, das heißt der Nockenwelle zugewandten Seite aufgeweitet. Durch diese Aufweitung kann ein Ringspalt gebildet sein, welcher einen Abschnitt der Anschlagscheibe von einem Abschnitt des hohlzylindrischen Endabschnitts der Nockenwelle trennt. Trotz eines solchen Ringspaltes liegt der hohle Endabschnitt der Nockenwelle vorzugsweise in einem in Axialrichtung ausgedehnteren Abschnitt der Innenumfangsfläche an dieser als Zentrierfläche genutzten Fläche an, als der Hohlzapfen des Abtriebselementes.
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Die Anschlagscheibe ist rationell durch urformende Verfahren, insbesondere pulvermetallurgische Verfahren, herstellbar. Ebenso sind spanabhebende Verfahren oder kombinierte Verfahren zur Herstellung der Anschlagscheibe geeignet. Durch die einheitliche Innenumfangsfläche, welche sowohl das Abtriebselement als auch die Nockenwelle relativ zur Anschlagscheibe zentriert, ist in jedem Fall eine rationelle Fertigung der Anschlagscheibe sowie des gesamten Stellgetriebes mit hoher geometrischer Präzision, insbesondere geringsten Konzentrizitätsabweichungen, möglich. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, dass bei pulvermettalurgischer Herstellung der Anschlagscheibe im Vergleich zu herkömmlichen Geometrien die Anzahl der benötigten Stempel reduziert ist.
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Bei dem Stellgetriebe des elektrischen Nockenwellenverstellers handelt es sich beispielsweise um ein Wellgetriebe. Das Abtriebselement des Wellgetriebes kann als innenverzahntes Hohlrad gestaltet sein, wobei die Innenverzahnung vorzugsweise unmittelbar durch das Hohlrad gebildet ist. Das Hohlrad kann in axialer und/oder radialer Richtung in einem nicht notwendigerweise geschlossenen Gehäuse des Stellgetriebes gleitgelagert sein, wobei die mit Hilfe der Anschlagscheibe realisierte Verdrehwinkelbegrenzung der Nockenwelle vorzugsweise unmittelbar zwischen dem Gehäuse und der Anschlagscheibe hergestellt ist.
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Ein Wellgetriebe arbeitet prinzipbedingt mit einem flexiblen Getriebeelement. Im Fall des Stellgetriebes handelt es sich hierbei beispielsweise um eine Kragenhülse, welche eine Außenverzahnung aufweist, die mit der Innenverzahnung des Hohlrades zusammenwirkt. Die in Axialrichtung des Stellgetriebes sowie der Nockenwelle gemessene Breite der Außenverzahnung der Kragenhülse entspricht vorzugsweise mindestens der Hälfte der in derselben Richtung gemessenen Ausdehnung der als Zentrierfläche dienenden Innenumfangsfläche der Anschlagscheibe. Zugleich ist die genannte Außenverzahnung in Axialrichtung vorzugsweise nicht ausgedehnter als das Doppelte der axialen Ausdehnung der zylindrischen, sowohl das Abtriebselement als auch die Nockenwelle kontaktierenden Innenumfangsfläche der Anschlagscheibe. Die in Axialrichtung gemessene Gesamtbreite der Anschlagscheibe ist vorzugsweise geringer als die in derselben Richtung gemessene Gesamtbreite des flexiblen Getriebeelementes. Insgesamt ist der elektrische Nockenwellenversteller damit raumsparend aufgebaut.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Stellgetriebe eines Nockenwellenverstellers in einer Schnittdarstellung,
- 2 ein Detail des Stellgetriebes nach 1.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Nockenwellenversteller umfasst ein Stellgetriebe 2, nämlich Wellgetriebe, sowie einen nicht dargestellten Elektromotor, mit welchem das Stellgetriebe 2 betätigbar ist. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Nockenwellenverstellers 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Ein mit 3 bezeichnetes Antriebselement des Stellgetriebes 2 ist mit einem Kettenrad 4 fest verbunden oder als integrales, verzahntes Bauteil ausgebildet. Das gehäusefeste Kettenrad 4 des Stellgetriebes 2 wird durch eine nicht dargestellte Kette von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, nämlich Hubkolbenmotors, angetrieben.
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Ein Innenring 5 eines Wellgenerators 6 ist durch den genannten Elektromotor direkt, das heißt getriebelos, angetrieben. Solange die Drehzahl des Innenrings 5 der Drehzahl des Kettenrads 4 entspricht, rotiert auch die ausschnittsweise dargestellte, mit 9 bezeichnete Nockenwelle des Verbrennungsmotors mit derselben Drehzahl. Ebenso rotieren ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement 7 des Stellgetriebes 2 sowie eine Anschlagscheibe 8 mit der Nockenwellendrehzahl. Das Abtriebselement 7 ist mit der Anschlagscheibe 8 in Form eines Pressverbandes fest verbunden.
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Eine Zentralschraube 10, deren Schraubenkopf mit 11 bezeichnet ist, ist in die Nockenwelle 9 eingeschraubt und stellt einen festen Verbund zwischen dem Abtriebselement 7, der Anschlagscheibe 8, und der Nockenwelle 9 her. Eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle 9 relativ zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors findet statt, sobald der Innenring 5 mit einer Drehzahl rotiert, welche von der Drehzahl des Antriebselementes 3 abweicht. Eine in 1 erkennbare Ausgleichskupplung 12, nämlich Oldham-Kupplung, gleicht eventuelle Fluchtungsfehler zwischen der Motorwelle des Elektromotors und der mit R bezeichneten Rotationsachse des Stellgetriebes 2, welche der Rotationsachse der Nockenwelle 9 entspricht, aus.
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Der Innenring 5 stellt einen Lagerring eines Wälzlagers 13, nämlich Kugellagers, dar. Der Innenring 5 weist eine nicht kreisrunde, elliptische Außenkontur auf, auf welcher Wälzkörper 14, nämlich Kugeln, abrollen. Die Wälzkörper 14 kontaktieren weiterhin einen nachgiebigen Außenring 15, welcher sich permanent der elliptischen Form des Innenrings 5 anpasst. Der Außenring 15 wiederum ist direkt umgeben von einem flexiblen Getriebeelement 16, welches im vorliegenden Fall als Kragenhülse gestaltet ist. Eine Außenverzahnung 17 des flexiblen Getriebeelementes 16 ist direkt durch einen hülsenförmigen Abschnitt der Kragenhülse 16 gebildet. An den hülsenförmigen Abschnitt schließt sich ein radial nach außen weisender, mit 18 bezeichneter Kragen des flexiblen Getriebeelementes 16 an. Der Kragen 18 ist drehfest mit dem Antriebselement 3 verbunden.
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Aufgrund der elliptischen Form des Innenrings 5 greift die Außenverzahnung 17 des flexiblen Getriebeelementes 16 lediglich an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in eine Innenverzahnung eines zylindrischen Abschnitts 19 des Abtriebselementes 7 ein. Eine geringfügig unterschiedliche Zähnezahl zwischen der Außenverzahnung 17 des flexiblen Getriebeelementes 16 einerseits und der Innenverzahnung des Abtriebselementes 7 andererseits sorgt dafür, dass sich bei einer vollen Umdrehung des Innenrings 5 relativ zum Antriebselement 3 das Abtriebselement 7 geringfügig gegenüber dem Antriebselement 3 verdreht.
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An den zylindrischen Abschnitt 19 des Abtriebselementes 7 schließt sich ein mit 20 bezeichneter Bodenabschnitt des Abtriebselementes 7 an, welcher in einer zur Rotationsachse R normalen Ebene liegt. Aus dem Bodenabschnitt 20 ragt ein hohler Zapfen 21 heraus, welcher ebenfalls integraler Bestandteil des Abtriebselementes 7 ist.
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Die Zentralschraube 10 ist durch den hohlen Zapfen 21, das heißt Hohlzapfen, gesteckt. Weiter ist die Zentralschraube 10 innerhalb eines mit 23 bezeichneten hohlen Endabschnitts der Nockenwelle 9 angeordnet.
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Der Zapfen 21 ist ebenso wie der Endabschnitt 23 durch eine einzige zylindrische Innenumfangsfläche 22 der Anschlagscheibe 8 zentriert. Zwischen der Stirnseite des Zapfens 21 und der dieser Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite des ebenfalls hohlzylindrischen Endabschnitts 23 ist ein Ringspalt gebildet. Die genannten Stirnseiten des Abtriebselementes 7 einerseits und der Nockenwelle 9 andererseits sind, wie insbesondere aus 2 hervorgeht, in unterschiedlicher Weise verrundet. Die hierbei gegebenen Radien sind hinsichtlich des Zusammenbaus von Abtriebselement 7, Anschlagscheibe 8 und Nockenwelle 9 im Sinne einer Montageerleichterung von Bedeutung, beim fertig montierten Nockenwellenversteller 1 jedoch ohne Belang.
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Die Anschlagscheibe 7 des fertig montierten Nockenwellenverstellers 1 kontaktiert mit ihrer einen Stirnseite den Bodenabschnitt 20 des Abtriebselementes 7 und mit ihrer anderen Stirnseite eine mit 24 bezeichneten Flansch, welcher durch die Nockenwelle 9 gebildet ist. Ausgehend von der zylindrischen Innenumfangsfläche 22, welche unter anderem den Endabschnitt 23 kontaktiert, ist zwischen der Anschlagscheibe 8 und dem Endabschnitt 23 ein Ringspalt gebildet, welcher sich in Richtung zum Flansch 24 aufweitet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine Kantenverrundung zwischen dem Flansch 24 und dem Endabschnitt 23 keinen Einfluss auf die plane Anlage des Flansches 24 an der Anschlagscheibe 8 hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stellgetriebe
- 3
- Antriebselement, Gehäuse
- 4
- Kettenrad
- 5
- Innenring
- 6
- Wellgenerator
- 7
- Abtriebselement, Hohlrad
- 8
- Anschlagscheibe
- 9
- Nockenwelle
- 10
- Zentralschraube
- 11
- Schraubenkopf
- 12
- Ausgleichskupplung
- 13
- Wälzlager
- 14
- Wälzkörper
- 15
- Außenring
- 16
- flexibles Getriebeelement, Kragenhülse
- 17
- Außenverzahnung
- 18
- Kragen
- 19
- zylindrischer Abschnitt
- 20
- Bodenabschnitt
- 21
- Zapfen
- 22
- Innenumfangsfläche
- 23
- Endabschnitt der Nockenwelle
- 24
- Flansch
- R
- Rotationsachse
