DE102019109536A1 - Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (1) vom Flügelzellentyp, umfassend ein Gehäuse (4), welches mittels mindestens eines mechanischen Kontakts mit einer Nockenwelle (11) kraftgekoppelt ist, um eine Kraftwirkung von einem Antriebsmittel (7) auf die Nockenwelle (11) zu übertragen, einen Stator (5), welcher fest mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, einen relativ zu dem Stator (5) drehbaren Rotor (6), welcher fest mit der Nockenwelle (11) verbunden ist, und eine erste Lagerstelle (15), welche zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (6) angeordnet ist. Dabei ist eine zweite Lagerstelle (16) zwischen dem Gehäuse (4) und der Nockenwelle (11) angeordnet.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp, umfassend ein Gehäuse, welches mittels mindestens eines mechanischen Kontakts mit einer Nockenwelle kraftgekoppelt ist, um eine Kraftwirkung von einem Antriebsmittel auf die Nockenwelle zu übertragen. Zudem umfasst der Nockenwellenversteller einen Stator, welcher fest mit dem Gehäuse verbunden ist, einen relativ zu dem Stator drehbaren Rotor, welcher fest mit der Nockenwelle verbunden ist, und eine erste Lagerstelle, welche zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist.
- Derartige Nockenwellenversteller werden vorrangig in Ventiltrieben von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und der Nockenwelle optimal und variabel einstellen zu können. Im Stand der Technik sind solche Nockenwellenversteller hinreichend bekannt.
- So ist aus
DE 10 2008 029 692 A1 eine gebaute Nockenwelle mit einem Flügelzellenversteller bekannt, welcher einen Rotor umfasst, der in einem Axialbereich der Nockenwelle koaxial zu dieser angeordnet und mittels einer Verschraubung axial verspannt ist, so dass der Rotor drehfest gegenüber der Nockenwelle festgelegt ist, wobei eine Axialanschlagbuchse vorgesehen ist, die zumindest axialfest mit der Nockenwelle verbunden ist, so dass der Rotor gegen diese verspannt ist. - Aus
DE 10 2013 212 935 A1 ist ein Bausatz mit einem Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps bekannt, in dem ein Druckfluid verteilendes Zentralventil vorhanden ist, und mit einem das Zentralventil steuernden Verstellaktuator, wobei der Nockenwellenversteller mittels eines trocken laufenden Zugmitteltriebes, etwa mit einem Riemen, angetrieben oder antreibbar ist und einen drehbar in einem Stator gelagerten Rotor aufweist. Zwischen dem Nockenwellenversteller und einem Gehäuse des Verstellaktuators ist ein über das Zentralventil mit Druckfluid befüllbarer Druckfluidverteilraum vorhanden, der über eine Dichtung zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Verstellaktuator zur Umgebung hin abgedichtet ist. Dabei ist die Dichtung einerseits mit einem statorfesten Deckelbauteil in Anlage befindlich und andererseits mit einem gehäusefesten Bauteil in Anlage befindlich. - Derartige Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp weisen bekanntlich eine Lagerstelle zwischen Stator und Rotor auf, um eine Kraftwirkung von einem Antriebsmittel auf die Nockenwelle zu übertragen. Dabei kann es vorkommen, dass eine Kraftübertragung nicht genau senkrecht von dem Antriebsmittel auf die Nockenwelle oder den Rotor erfolgt, sodass ein Kippmoment entsteht.
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen eingangs genannten Nockenwellenversteller baulich und funktional zu verbessern.
- Die Aufgabe wird durch einen Nockenwellenversteller vom Flügelzellentyp gelöst. Der Nockenwellenversteller umfasst ein Gehäuse, welches mit einer Nockenwelle kraftgekoppelt ist, um eine Kraftwirkung von einem Antriebsmittel auf die Nockenwelle zu übertragen, einen Stator, welcher fest mit dem Gehäuse verbunden ist, einen relativ zu dem Stator drehbaren Rotor, welcher fest mit der Nockenwelle verbunden ist, und eine erste Lagerstelle, welche zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist. Zudem umfasst der Nockenwellenversteller eine zweite Lagerstelle, welche zwischen dem Gehäuse und der Nockenwelle angeordnet ist.
- Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Der verbesserte Nockenwellenversteller mit der zweiten Lagerstelle bringt den Vorteil mit sich, dass über diese zweite Lagerstelle zumindest ein Teil der Kraftwirkung des Antriebsmittels auf die Nockenwelle übertragbar ist. Dies führt einerseits zu einer Entlastung und somit einer Materialschonung an der ersten Lagerstelle, und verhindert andererseits ein möglicherweise auftretendes Kippmoment innerhalb des Nockenwellenverstellers, wenn die Kraftwirkung von dem Antriebsmittel auf den Rotor und somit auf die Nockenwelle über die erste Lagerstelle nicht genau senkrecht erfolgt.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Lagerstellen derart angeordnet, dass die Kraftwirkung des Antriebsmittels geometrisch betrachtet zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle auf die Nockenwelle übertragbar ist. Auf diese Weise wird eine besonders stabile und materialschonende Kraftkopplung zwischen dem Antriebsmittel und der Nockenwelle realisiert.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Antriebsmittel als ein Riemen ausgebildet. Grundsätzlich wird das Antriebsmittel dazu verwendet, um die Nockenwelle - über den Nockenwellenversteller - mit einer Kurbelwelle zu verbinden. Der als Antriebsmittel verwendete Riemen ist zudem vorzugsweise als ein Zahnriemen, besonders bevorzugt als ein Zahnriemen aus Kunststoff, ausgebildet. Riemen in sogenannten Riemenantrieben müssen nicht wie Ketten in sogenannten Kettenantrieben geschmiert werden und sind somit wartungsärmer. Zudem sind Riemenantriebe geräuschärmer als Kettenantriebe.
- Ferner ist an dem Rotor bevorzugt ein Nockenwelleneinpass zur Aufnahme eines Endabschnitts der Nockenwelle angeordnet. Der Nockenwelleneinpass ist eine formschlüssige Vertiefung in dem Rotor, in welche der Endabschnitt der Nockenwelle eingeführt und somit eine feste Verbindung zwischen Nockenwelle und Rotor erzeugt wird. Bei dem Nockenwelleneinpass wird die an der ersten Lagerstelle auf den Rotor übertragene Kraftwirkung direkt an die Nockenwelle weitergeleitet bzw. auf ein Nockenwellenende abgeleitet.
- Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die zweite Lagerstelle mit einem Lagerring gestaltet. Der Lagerring ist also ein Verbindungselement zwischen Gehäuse und Nockenwelle, über welches eine Kraftübertragung auf die Nockenwelle erfolgt. Mittels des Lagerrings ist die zweite Lagerstelle definiert.
- Darauf aufbauend ist der Lagerring vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet. Einstückig bedeutet, dass zwei Elemente, hier das Gehäuse und der Lagerring, in einem Stück bzw. als ein Teil geformt sind. Dies hat den Vorteil einer einfachen Montage und preiswerten Herstellung.
- Zudem ist der Lagerring bevorzugt radial innerhalb eines Halses des Gehäuses angeordnet. Dabei erstreckt sich der Hals des Gehäuses entlang der Nockenwelle. Der Lagerring befindet sich vorzugsweise in einem dem Gehäuse abgewandten Endabschnitt des Halses. Dadurch wird ein größerer Abstand zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle erzeugt. Dies hat eine stabilisierende Wirkung bei der Kraftübertragung von dem Antriebsmittel auf die Nockenwelle über die beiden Lagerstellen zur Folge. Beispielsweise weist der Hals eine axiale Höhe auf, welche zumindest der Hälfte der axialen Gehäusehöhe entspricht.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als ein Zahnrad ausgebildet. Dadurch ist die Nockenwelle mittels eines als Kette oder gezahnten Riemen bzw. Zahnriemen ausgebildeten Antriebmittels antreibbar. Der Nockenwellenversteller ist also flexibei in der Auswahl seiner Antriebsmittel. Je nach Antriebsmittel können verschiedene Kippmomente bei der Kraftübertragung von dem Antriebsmittel auf die Nockenwelle über die erste Lagerstelle entstehen. Diese werden jedoch durch die erfindungsgemäße zweite Lagerstelle ausgeglichen.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Nockenwellenverstellers enthält das Gehäuse ein metallisches Material, vorzugsweise ein Sintermetall. Dabei ist das Gehäuse besonders bevorzugt aus Sinterstahl hergestellt. Das metallische Material verleiht dem Gehäuse die für die Kraftübertragung notwendige Stabilität. Sinterbauteile bzw. mittels Sintern hergestellte Komponenten besitzen höchste Maßgenauigkeit, auch bei komplexen Geometrien. Zudem haben Sinterbauteile weniger Gewicht. Dadurch ist eine sichere und effiziente Kraftübertragung von dem Antriebsmittel auf die Nockenwelle über das Gehäuse möglich.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse eine zur Nockenwelle senkrecht angeordnete Gehäusewand auf, durch welche die Nockenwelle hindurchgeführt angeordnet ist, wobei die erste Lagerstelle auf einer von der zweiten Lagerstelle verschiedenen Seite der Gehäusewand angeordnet ist. Mittels dieser Anordnung wird das Gehäusematerial, besonders in der besagten Gehäusewand weniger stark beansprucht bzw. belastet, was einer Materialermüdung vorbeugt und eine Lebensdauer des Nockenwellenverstellers erhöht.
- Ferner ist die erste Lagerstelle vorzugsweise als eine gleitende Lagerstelle zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildet. Damit ist konkret gemeint, dass sich die erste Lagerstelle bei einer Verstellung bzw. Phasenverschiebung zwischen Stator und Rotor mitbewegt. Auch bei solch einer Verstellung kann sich die Richtung der Kraftwirkung vom Antriebsmittel auf die Nockenwelle verschieben. Hier sorgt die zweite Lagerstelle ebenfalls für den notwendigen Ausgleich, um ein Kippmoment zu verhindern.
- Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ; -
2 eine perspektivische Längsschnitt-Ansicht des Nockenwellenverstellers aus1 ; -
3 eine perspektivische Ansicht des Details III aus den1 und2 ; und -
4 eine perspektivische Ansicht des Details IV aus den1 und2 . - Die
1 zeigt einen Nockenwellenversteller1 mit einer für diese Beschreibung definierten Vorderseite2 und Rückseite3 . Der Nockenwellenversteller1 weist ein Gehäuse4 auf, in dem ein Stator5 und ein Rotor6 angeordnet sind. An dem hier als Zahnrad ausgebildeten Gehäuse4 ist zudem ein Antriebsmittel7 , hier konkret ein Zahnriemen, angelegt. In einer weiteren - hier nicht gezeigten Ausführungsform - ist das Antriebsmittel7 als eine Kette ausgebildet. Während das Gehäuse4 auf seiner Vorderseite2 offen ausgebildet ist, weist es auf seiner Rückseite3 eine Gehäusewand8 auf. Die Gehäusewand8 weist zudem eine zentrale Öffnung9 mit einem nach außen abstehenden Hals10 auf. Durch die Öffnung9 hindurchgeführt ist eine Nockenwelle11 angeordnet. Dabei ist ein Endabschnitt12 der Nockenwelle11 in einen in dem Rotor6 befindlichen Nockenwelleneinpass13 eingeführt angeordnet. Mittels einer von der Vorderseite2 durch den Rotor6 hindurchgeschoben angeordneten Zentralschraube14 ist die Nockenwelle11 fest mit dem Rotor6 verbunden. Eine in der Zentralschraube14 angeordnete Ventilvorrichtung soll im Rahmen dieser Figurenbeschreibung nicht betrachtet werden. - An denjenigen Stellen, an welchen der Stator
5 und der Rotor6 gleitend aufeinander aufliegen, befindet sich eine erste Lagerstelle15 . An einer weiteren Stelle, an welcher der Hals10 des Gehäuses4 an der Nockenwelle11 anliegt, befindet sich eine zweite Lagerstelle16 . In Bezug auf die Gehäusewand8 sind die Lagerstellen15 ,16 auf verschiedenen Seiten angeordnet. Konkret ist die erste Lagerstelle15 auf der Vorderseite2 und die zweite Lagerstelle16 auf der Rückseite3 der Gehäusewand8 angeordnet. - An den Lagerstellen
15 ,16 ist der Nockenwellenversteller1 mit der Nockenwelle11 kraftgekoppelt, um eine Kraftwirkung von dem Antriebsmittel7 auf die Nockenwelle11 zu übertragen. Dabei wird ein erster Teil der Kraftwirkung über die erste Lagerstelle15 und ein zweiter Teil der Kraftwirkung über die zweite Lagerstelle16 auf die Nockenwelle11 übertragen. Geometrisch betrachtet erfolgt eine Übertragung der Kraftwirkung hier zwischen der ersten Lagerstelle15 und der zweiten Lagerstelle16 . Bei der ersten Lagerstelle15 handelt es sich zudem um eine gleitende Lagerstelle zwischen dem Stator und dem Rotor, welche sich bei einer Verstellung des Rotors zum Stator mitbewegt. Die Beschaffenheit des Halses10 und der zweiten Lagerstelle16 wird in den3 und4 noch genauer dargestellt. Mittels der beschriebenen Anordnung der beiden Lagerstellen15 ,16 wird ein Kippmoment innerhalb des Nockenwellenverstellers1 vermieden bzw. ausgeglichen. - In der
2 ist der Nockenwellenversteller1 aus1 perspektivisch von der Rückseite3 dargestellt. Somit sind auch hier wieder das als Zahnrad ausgebildete Gehäuse4 , allerdings diesmal ohne den angelegten Zahnriemen, der Stator5 , der Rotor6 , die Gehäusewand8 mit der Öffnung9 und dem Hals10 , die Nockenwelle11 mit ihrem Endabschnitt12 , der Nockenwelleneinpass13 , die Zentralschraube14 , sowie die erste Lagerstelle15 und die zweite Lagerstelle16 gezeigt. Zusätzlich sind hier in2 die Zähne17 des als Zahnrad ausgebildeten Gehäuses4 , sowie durch die Gehäusewand8 führende Verschraubungen18 zwischen dem Gehäuse4 und dem Stator5 dargestellt. - Auf die erfindungsgemäß relevante Funktionalität des Nockenwellenverstellers
1 wurde in der Beschreibung zu1 bereits hinreichend eingegangen. Weitere Details werden in den Beschreibungen zu den3 und4 ausgeführt. - Die
3 zeigt eine Teilansicht des Gehäuses4 , konkret den Teil mit der Öffnung9 und dem Hals10 in der Gehäusewand8 . Wie erst hier in3 deutlich erkennbar ist, weist der Hals10 an seiner radialen Innenseite einen Lagerring19 auf. Der Lagerring19 ist hier einstückig mit dem Hals10 des Gehäuses4 ausgebildet. - In der
4 ist nur das Detail der zweiten Lagerstelle16 dargestellt, welche sich - wie bereits oben beschrieben - zwischen der Nockenwelle11 und dem Hals10 bzw. dem mit dem Hals10 einstückig ausgebildeten Lagerring19 befindet. - Mittels des Lagerrings
19 ist die zweite Lagerstelle16 definiert. Der Lagerring19 ist eine Art Verbindungselement zwischen dem Gehäuse4 und der Nockenwelle11 , über welches die Kraftübertragung erfolgt. - Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008029692 A1 [0003]
- DE 102013212935 A1 [0004]
Claims (10)
- Nockenwellenversteller (1) vom Flügelzellentyp, umfassend - ein Gehäuse (4), welches mit einer Nockenwelle (11) kraftgekoppelt ist, um eine Kraftwirkung von einem Antriebsmittel (7) auf die Nockenwelle (11) zu übertragen, - einen Stator (5), welcher fest mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, - einen relativ zu dem Stator (5) drehbaren Rotor (6), welcher fest mit der Nockenwelle (11) verbunden ist, und - eine erste Lagerstelle (15), welche zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Lagerstelle (16) zwischen dem Gehäuse (4) und der Nockenwelle (11) angeordnet ist.
- Nockenwellenversteller nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen (15, 16) derart angeordnet sind, dass die Kraftwirkung des Antriebsmittels (7) geometrisch betrachtet zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle (16) auf die Nockenwelle (11) übertragbar ist. - Nockenwellenversteller nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (7) als ein Riemen ausgebildet ist. - Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rotor (6) ein Nockenwelleneinpass (13) zur Aufnahme eines Endabschnitts (12) der Nockenwelle (11) angeordnet ist.
- Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagerstelle (16) mit einem Lagerring (19) gestaltet ist.
- Nockenwellenversteller nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (19) einstückig mit dem Gehäuse (4) ausgebildet ist. - Nockenwellenversteller nach
Anspruch 5 oder6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (19) radial innerhalb eines Halses (10) des Gehäuses (4) angeordnet ist. - Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) ein metallisches Material, vorzugsweise Sintermetall, enthält.
- Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine zur Nockenwelle (11) senkrecht angeordnete Gehäusewand (8) aufweist, durch welche die Nockenwelle (11) hindurchgeführt angeordnet ist, wobei die erste Lagerstelle (15) auf einer von der zweiten Lagerstelle (16) verschiedenen Seite der Gehäusewand (8) angeordnet ist.
- Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerstelle (15) als eine gleitende Lagerstelle zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (6) ausgebildet ist.
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DE102019109536B4 (de) | 2022-03-03 |
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