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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors in Relation zu dessen Kurbelwelle. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.
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Zur Variation der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors in Relation zu dessen Kurbelwelle sind grundsätzlich hydraulische sowie elektromechanische Nockenwellenversteller geeignet. Üblicherweise ist der Stellbereich eines Nockenwellenverstellers durch Anschläge mechanisch begrenzt.
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Bei einem in der
DE 10 2016 216 670 A1 beschriebenen Nockenwellenversteller ist eine Begrenzung des Stellbereichs mit Hilfe einer Anschlagscheibe realisiert, welche formschlüssig mit einem Abtriebselement eines Stellgetriebes, nämlich Wellgetriebes, verbunden ist.
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Verdrehsicherungskonturen, die den Stellbereich eines für die Verwendung in einem Nockenwellenversteller vorgesehenen Wellgetriebes begrenzen, sind auch bei einer in der
DE 10 2017 121 971 B3 beschriebenen Vorrichtung zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors vorhanden. Auch in diesem Fall weist eine Anschlagscheibe, welche beim Anbau des Nockenwellenverstellers an die zu verstellende Nockenwelle mit dieser zu verbinden ist, Anschlagkonturen auf, welche mit Konturen am Gehäuse des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers zusammenwirken.
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Ein weiterer elektromechanischer Nockenwellenversteller, welcher eine mechanische Begrenzung des Stellbereichs aufweist, ist in der
DE 10 2018 110 986 A1 beschrieben. Die Stellbereichsbegrenzung ist in diesem Fall durch einen Anschlagring in Zusammenwirkung mit einer Anschlagscheibe bewerkstelligt, wobei der Anschlagring mit einem antreibenden Element des Stellgetriebes und die Anschlagscheibe mit dem Abtriebselement des Stellgetriebes verbunden ist.
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Die
DE 10 2017 128 731 A1 beschreibt einen elektrischen Nockenwellenversteller, welcher eine Begrenzung des Verstellbereichs mit einer hydraulischen Anschlagdämpfung aufweist.
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Auch ein in der
DE 10 2017 109 305 A1 beschriebener elektromechanischer Nockenwellenversteller arbeitet mit einem Wellgetriebe als Stellgetriebe. In diesem Fall weist eine Anschlagscheibe, welche den Stellbereich begrenzt, eine zylindrische Innenumfangsfläche auf, die zur Zentrierung sowohl eines hohlen Zapfens eines Abtriebselementes des Wellengetriebes als auch eines hohlen Endabschnitts der zu verstellenden Nockenwelle vorgesehen ist.
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Bei einem in der
DE 10 2015 217 291 A1 beschriebenen Nockenwellenversteller ist in eine den Stellbereich begrenzende, zur Verbindung mit einer Nockenwelle vorgesehene Anschlagscheibe eine Unwuchtausgleichkontur integriert.
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Eine Anschlagvorrichtung eines in der
DE 10 2017 119 460 B3 beschriebenen Wellgetriebes umfasst eine ringförmige Anschlagspange als Anschlagelement. Die Anschlagspange weist zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetze Haltekonturen auf, wobei eine der Haltekonturen drehfest in das Abtriebselement des Wellgetriebes eingreift und durch die andere Haltekontur eine mit dem Antriebselement des Wellgetriebes zusammenwirkende Anschlagkontur gebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fortschritte bei elektromechanischen Nockenwellenverstellern mit mechanischer Begrenzung des Stellbereiches gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten sowie hinsichtlich des beanspruchten Bauraums zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Verstellvorrichtung und umgekehrt.
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Die Verstellvorrichtung umfasst einen elektromechanischen Nockenwellenversteller einschließlich eines als Ganzes drehbaren Gehäuses mit einer den Verstellbereich begrenzenden Anschlagkontur, wobei die zu verstellende Nockenwelle eine mit dieser Anschlagkontur zusammenwirkende Gegenkontur aufweist.
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Im Unterschied zum Stand der Technik wird somit eine Komponente der Vorrichtung zur Verdrehwinkelbegrenzung unmittelbar durch die Nockenwelle bereitgestellt. Eine gesonderte Anschlagscheibe als Komponente des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers entfällt somit. Insgesamt wird damit besonders wenig Bauraum in axialer Richtung, das heißt in Längsrichtung der Nockenwelle, beansprucht.
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Die Vorrichtung zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle ist in folgenden Schritten herstellbar:
- - Bereitstellung eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers, welcher ein als Ganzes drehbares Gehäuse mit einer ersten Anschlagkontur aufweist,
- - Bereitstellung einer Nockenwelle, welche eine zweite Anschlagkontur, das heißt Gegenkontur zur ersten Anschlagkontur, aufweist,
- - Anbau des Nockenwellenverstellers an die Nockenwelle, wobei durch die verschiedenen Anschlagkonturen eine Verstellwinkelbegrenzung gebildet wird.
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Bei der Nockenwelle kann es sich entweder um eine monolithische, das heißt aus einem einzigen Stück gefertigte Nockenwelle, oder um eine gebaute Nockenwelle, das heißt eine aus mehreren Einzelteilen zusammengebaute Nockenwelle, handeln. Beispiele gebauter Nockenwellen sind in den Dokumenten
DE 10 2010 060 686 B4 ,
WO 2012/110066 A1 ,
DE 10 2010 055 123 B4 und
DE 10 2016 112 157 B4 beschrieben.
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Ebenso wie die Nocken der Nockenwelle kann auch das Anschlagelement der Nockenwelle, welches zur Zusammenwirkung mit dem Gehäuse des Nockenwellenverstellers vorgesehen ist, entweder einstückig mit der restlichen Nockenwelle verbunden oder als gesondertes, mit den restlichen Komponenten der Nockenwelle zusammengebautes Teil ausgebildet sein. In jeden Fall ist die durch die Nockenwelle bereitgestellte Anschlagkontur, das heißt die mit der gehäuseseitigen Anschlagkontur zusammenwirkende Gegenkontur, bereits vor dem Anbau des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers unmittelbar an der Nockenwelle vorhanden. Ein zerstörungsfreies Lösen desjenigen Abschnitts der Nockenwelle, durch den die Gegenkontur gebildet ist, von der restlichen Nockenwelle ist in bevorzugter Ausgestaltung nicht möglich.
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Die Bildung der nockenwellenseitigen Anschlagkontur durch die Nockenwelle selbst hat zusätzlich zur Einsparung von Bauteilen und Bauraum den Vorteil, dass der Nockenwellenversteller auf einfachste Weise bei der Montage in der richtigen Winkellage positionierbar ist. Besondere Elemente zur korrekten Winkelausrichtung, etwa in Form eines sogenannten Phasenclips oder Timing Pins, können entfallen.
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Die nockenwellenseitige Anschlagkontur kann durch einen scheibenförmigen Abschnitt der Nockenwelle gebildet sein, welcher, sofern die Nockenwelle nicht einstückig ausgebildet ist, beispielsweise mit Hilfe von Innenhochdruckumformung, vergleichbar mit den Nocken, dauerhaft mit einem rohrförmigen Hauptstück der Nockenwelle verbunden ist.
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Unabhängig von der Herstellungstechnologie der Nockenwelle sind die Anschlagflächen, welche die Anschlagkontur der Nockenwelle darstellen, typischerweise senkrecht zur Umfangsrichtung der Nockenwelle ausgerichtet. Die zugehörige Anschlagkontur des Gehäuses ist dementsprechend vorzugsweise durch ein radial nach innen gerichtetes Anschlagsegment gebildet. Alternativ kann eine gehäuseseitige Anschlagkontur in Axialrichtung, das heißt in Längsrichtung der Nockenwelle, aus dem Gehäuse herausragen.
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Das Gehäuse des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers kann grundsätzlich ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung umfasst das Gehäuse ein erstes Kettenrad und ein zweites Kettenrad, wobei das zweite Kettenrad einem Sekundärtrieb zuzurechnen ist und das Anschlagsegment an eine Innenumfangsfläche des zweiten Kettenrads angeformt ist. Bezüglich eines Nockenwellenverstellers mit einem ersten Kettenrad für eine Primärtrieb und einen zweiten Kettenrad für ein Sekundärtrieb wird ergänzend auf die
DE 10 2016 217 051 A1 hingewiesen.
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Der Nockenwellenversteller arbeitet vorzugsweise mit einem Dreiwellengetriebe, insbesondere Wellgetriebe, als Stellgetriebe. Das als Ganzes drehbare, typischerweise durch eine Kette oder einen Riemen angetriebene Gehäuse des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers ist beispielsweise pulvermetallurgisch, das heißt als Sinterteil, herstellbar. Ebenso kommt eine Herstellung des Gehäuses als Umformteil in Betracht. Zur Betätigung des Stellgetriebes und damit zur Änderung der Phasenlage der Nockenwelle des Verbrennungsmotors in Relation zur Kurbelwelle wird vorzugsweise ein Elektromotor verwendet.
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Das Gehäuse, welches mit einem Ketten- oder Riemenrad fest verbunden oder identisch ist, kann bei Verbrennungsmotoren, welche sowohl eine verstellbare Einlassnockenwelle als auch eine verstellbare Auslassnockenwelle aufweisen, sowohl einlassseitig als auch auslassseitig verwendet werden. Unterschiedliche Verstellbereiche sind in diesem Fall durch unterschiedliche Gestaltungen der Nockenwellen bestimmt.
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Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass eine Verstellbereichsbegrenzung eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers nur zum Teil durch den Nockenwellenversteller selbst und im Übrigen in besonders raumsparender und hinsichtlich der Prozesssicherheit und Präzision beim Zusammenbau vorteilhafter Weise durch die zu verstellende Nockenwelle selbst gebildet wird.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ausschnittsweise eine Vorrichtung zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors in perspektivischer Ansicht,
- 2 einen Abschnitt der zu verstellenden Nockenwelle als Komponente der Vorrichtung nach 1,
- 3 ein Gehäuse eines Stellgetriebes eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers als weitere Komponente der Vorrichtung nach 1.
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Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete, in den Figuren nur ausschnittsweise dargestellte Vorrichtung zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle 2 eines Verbrennungsmotors umfasst einen elektromechanischen Nockenwellenversteller 3, dessen Stellgetriebe 4 als Wellgetriebe ausgebildet ist. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Nockenwellenverstellers 3 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Der Nockenwellenversteller 3 weist ein als Ganzes drehbares Gehäuse 5 auf, welches als Antriebselement des Stellgetriebes 4 fungiert. Integrale Bestandteile des Gehäuses 5 sind ein erstes Kettenrad 6 und ein zweites Kettenrad 7. Die Kettenräder 6, 7 sind einem Primär- beziehungsweise Sekundärtrieb zugeordnet, wobei das erste Kettenrad 6 durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben wird und das zweite Kettenrad 7 eine weitere, nicht dargestellte Nockenwelle antreibt. Bei dem Gehäuse 5 einschließlich der Kettenräder 6, 7 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein Sinterteil.
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Starr miteinander verbundene Komponenten der Nockenwelle 2 sind ein rohrförmiger Grundkörper 8, eine Anzahl Nocken 9, eine Lagerscheibe 10, sowie ein Nockenwellenflansch 11. Die einzelnen Komponenten 8, 9, 10, 11 sind beispielsweise durch Innenhochdruckumformung des Grundkörpers 8 dauerhaft miteinander verbunden. Alternativ kann die Nockenwelle 2 als monolithisches Bauteil beispielsweise als Schmiedeteil ausgebildet, das heißt umformtechnisch hergestellt sein.
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Der Nockenwellenflansch 11 ist einer Verstellwinkelbegrenzung 12 zuzurechnen, die durch die Nockenwelle 2 zusammen mit dem Gehäuse 5 gebildet ist und den Stellbereich des Nockenwellenverstellers 3 begrenzt. Auf der Seite des Gehäuses 5 umfasst die Verstellwinkelbegrenzung 12 eine erste Anschlagkontur 13. Mit der Anschlagkontur 13 wirkt eine Gegenkontur 14 zusammen, die unmittelbar durch die Nockenwelle 2 bereitgestellt wird und ebenfalls der Verstellwinkelbegrenzung 12 zuzurechnen ist. Der Begriff „Gegenkontur“ wird zur sprachlichen Unterscheidung von der Anschlagkontur 13 verwendet. Tatsächlich handelt es sich bei beiden Konturen 13, 14 um Anschlagkonturen.
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Die Verdrehwinkelbegrenzung 12 wird hergestellt, indem das Stellgetriebe 4 an die in den Verbrennungsmotor eingebaute Nockenwelle 2, welche bereits den Nockenwellenflansch 11 als integralen Bestandteil aufweist, angesetzt wird. Im zusammengebauten Zustand der Vorrichtung 1 dringt die Nockenwelle 2, wie aus 1 hervorgeht, soweit in das Gehäuse 5 ein, dass der Nockenwellenflansch 11 und das zweite Kettenrad 7 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
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Der Nockenwellenflansch 11 weist an seinem Umfang eine Aussparung 15 auf, die auch als Verstellwinkelfenster bezeichnet wird. In das Verstellwinkelfenster 15, welches die Gegenkontur 14 bildet, greift im zusammengebauten Zustand der Vorrichtung 1 ein Anschlagsegment 16 des Gehäuses 5 ein. Das Anschlagsegment 16 ist von einer Innenumfangsfläche 17 des zweiten Kettenrads 7 aus radial nach innen gerichtet. Das Anschlagsegment 16 weist seitliche Anschlagflächen 18, 19 als Konturen der ersten Anschlagkontur 13 auf, die zur direkten Zusammenwirkung mit Anschlagflächen 20, 21 am Nockenwellenflansch 11 vorgesehen sind, wobei die Anschlagflächen 20, 21 die Aussparung 15 begrenzen. Eine gesonderte Anschlagscheibe als Teil des Stellgetriebes 4 ist im Unterschied zu im Stand der Technik beschriebenen Wellgetrieben, die zur Verwendung in elektromechanischen Nockenwellenverstellern vorgesehen sind, nicht vorhanden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle
- 2
- Nockenwelle
- 3
- Nockenwellenversteller
- 4
- Stellgetriebe
- 5
- Gehäuse
- 6
- erstes Kettenrad
- 7
- zweites Kettenrad
- 8
- Grundkörper
- 9
- Nocken
- 10
- Lagerscheibe
- 11
- Nockenwellenflansch
- 12
- Verstellwinkelbegrenzung
- 13
- Anschlagkontur
- 14
- Gegenkontur
- 15
- Aussparung
- 16
- Anschlagsegment
- 17
- Innenumfangsfläche
- 18
- Anschlagfläche am Gehäuse
- 19
- Anschlagfläche am Gehäuse
- 20
- Anschlagfläche an der Nockenwelle
- 21
- Anschlagfläche an der Nockenwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016216670 A1 [0003]
- DE 102017121971 B3 [0004]
- DE 102018110986 A1 [0005]
- DE 102017128731 A1 [0006]
- DE 102017109305 A1 [0007]
- DE 102015217291 A1 [0008]
- DE 102017119460 B3 [0009]
- DE 102010060686 B4 [0015]
- WO 2012/110066 A1 [0015]
- DE 102010055123 B4 [0015]
- DE 102016112157 B4 [0015]
- DE 102016217051 A1 [0020]
