EP3126642B1 - Nockenwelle - Google Patents

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EP3126642B1
EP3126642B1 EP15713158.2A EP15713158A EP3126642B1 EP 3126642 B1 EP3126642 B1 EP 3126642B1 EP 15713158 A EP15713158 A EP 15713158A EP 3126642 B1 EP3126642 B1 EP 3126642B1
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EP
European Patent Office
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rotor
inner shaft
camshaft
contour
camshaft according
Prior art date
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EP15713158.2A
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EP3126642A1 (de
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Thomas Flender
Alf HEYDENBLUT
Michael Kreisig
André MAEDER
Antonio Menonna
Jürgen Rommel
Stefan Steichele
Christoph Steinmetz
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Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Publication date
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Publication of EP3126642B1 publication Critical patent/EP3126642B1/de
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    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod

Definitions

  • the present invention relates to an adjustable camshaft having an inner shaft and a coaxially arranged outer shaft according to the preamble of claim 1.
  • a single-acting camshaft adjuster for adjusting an inner shaft against an outer shaft on a cam-in-cam camshaft is usually done by a fixedly mounted on the outer shaft stator and a bolted to the inner shaft and thus firmly connected rotor.
  • the stator is driven by a crankshaft via a chain / tooth / belt wheel, so that the power flow to the outer shaft takes place.
  • the inner shaft can be adjusted "force-free" (not against the drive torque).
  • the tolerances between rotor and stator are quite narrow, so that the internal leakage in hydraulically confirmed camshaft adjuster and thus a loss of efficiency can be minimized.
  • the stator of the camshaft adjuster is usually shrunk / glued / welded to the outer shaft, whereas the rotor of the camshaft adjuster is screwed against the axial end face of the inner shaft. Since in the manufacture and assembly of the inner shaft (eg, pinning, tolerance chains) may occur inaccuracies, it may come with such a rigid mounting of the rotor on the inner shaft, that the rotor is tilted against the stator installed and so it to a contact until can lead to a complete jamming. In this case, the inner shaft can no longer be rotated against the outer shaft.
  • compensation elements offer that can compensate for at least some misalignment.
  • From the DE 10 2012 105 284 A1 is a generic camshaft known, with a camshaft adjuster for adjusting the inner camshaft and / or the outer camshaft and with a arranged between the inner camshaft and the outer camshaft on the one hand and the cam adjuster on the other hand compensation element.
  • This compensating element has a disk-like shape to improve the camshaft structurally and / or functionally.
  • the torque transmission is purely frictional.
  • a double camshaft adjuster in layer structure known for controlling a double camshaft, with a first rotor-like output body and a second rotor-like output body, which are arranged parallel to each other with their vane body parts.
  • each driven body is intended for receiving at least one camshaft of the double camshaft leading out laterally from the camshaft adjuster center.
  • a compensating element is additionally provided, which is a movement member providing at least one degree of freedom and permits a deflection of the enclosing output body relative to the double camshaft.
  • a device for camshaft adjustment which comprises a camshaft adjuster having at least one drive wheel, a rotor, a stator with a stator housing and a camshaft with cams, and an oil supply to the phaser.
  • the camshaft adjuster is held with a rotor whose inner diameter is smaller than a cam-encircling circle, positively and / or non-positively on one end of a camshaft, wherein the camshaft for receiving a recesses for oil supply connecting element has a hollow configuration, such that the connecting element in the hollow design of the camshaft is held positively and / or non-positively.
  • Either the connecting element or the rotor have at least one driver for the positive connection of the rotor with the camshaft and the connecting element, said driver being guided by at least one recess in a hollow end of the camshaft piercing.
  • the present invention is concerned with the problem of providing for an adjustable camshaft of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which in particular allows improved tolerance compensation in the connection of a rotor to the inner shaft.
  • the present invention is based on the general idea, with an adjustable camshaft with an inner shaft and a coaxially arranged outer shaft, a rotor of a camshaft adjuster with the inner shaft of the adjustable camshaft form-fitting, in particular via an Oldham coupling to connect with each other, this Oldham coupling simply or according to the Oldham principle acting is designed.
  • the stator of the camshaft adjuster is firmly connected to the outer shaft, whereas the rotor is bolted to the inner shaft.
  • the inner shaft provided an integral first connection contour and on the rotor a complementarily formed integral second connection contour directly (single-acting Oldham coupling) or indirectly (double-acting Oldham coupling) enable a positive connection between the inner shaft and the rotor and an optionally required tolerance compensation
  • the rotor may for example be formed as a sintered part, wherein the second connection contour is integrally formed on the rotor and thereby produced together with this.
  • the first connection contour is integrally formed on the end face of the inner shaft, so that in the simplest case, a direct engagement of the two connection contours allows the desired positive connection in the form of a single-acting (in one direction) Oldham coupling.
  • the first connection contour as a spring and the second connection contour are designed as a groove formed complementary thereto, so that the first connection contour and the second connection contour together form a single-acting Oldham coupling.
  • the spring and the groove are aligned parallel to a, a first cam with the inner shaft connecting pin. Due to the parallelism between the groove and the pin connecting the first cam with the inner shaft, it is possible to compensate for the expected error in this direction. Since in this case the inner shaft engages directly with its connection contour in the connection contour on the rotor, can be dispensed with an intermediate piece, but a tolerance compensation is possible only in one direction.
  • the first and / or second connection contour is formed dome-shaped.
  • a dome-shaped design allows the compensation of angular tolerances between the axis of the rotor of the camshaft adjuster and the axis of the inner shaft.
  • a further tolerance compensation in this case with respect to angular deviations is possible without having to accept losses in the transmission of torque.
  • an integral formation of the connection contour in the rotor or on the inner shaft can be dispensed with an additional intermediate piece.
  • an intermediate piece is arranged between the inner shaft and the rotor, which is designed such that it forms an Oldham coupling together with the first and second connection contour on the end face of the inner shaft or on the rotor.
  • Such Oldham coupling allows tolerance compensation between the axis of the rotor and the axis of the inner shaft, provided that they are arranged axially parallel to each other.
  • connecting contours on the intermediate piece and / or the first connection contour on the inner shaft and / or the second connection contour on the rotor are formed as a rounded spring or as a rounded groove, whereby in addition to the compensation of tolerances due to an axial deviation between the axis of the inner shaft and The axis of the rotor and angular deviations with respect to these two axes are compensated.
  • an axial bearing of the inner shaft via the rotor of the camshaft adjuster is possible. Radial, the inner shaft can be stored on the pinning.
  • At least one connecting contour designed as a rounded spring has a plane surface on the spring head.
  • a further advantageous embodiment uses an intermediate piece arranged between the inner shaft and the rotor, which is designed in such a way that it forms an Oldham coupling together with the first and second connecting contours on the end face of the inner shaft or on the rotor and has simply designed springs engage some play in the complementary groove and / or having rounded springs.
  • at least one of the axial separating surfaces between the rotor and intermediate piece or intermediate piece and inner shaft designed dome-shaped.
  • connection contours is coated, in particular with an elastomer material.
  • an elastomer material for the purpose of damping effect and others Tolerance compensation, it is thus possible to coat the intermediate piece or corresponding contact surfaces and / or connection contours with a damping material, which in particular has a positive effect on the smoothness of an engine equipped with such a camshaft.
  • An adjustable camshaft 1 has an inner shaft 2 and an outer shaft 3 arranged coaxially therewith.
  • a Nockenwellversteller 4 phaser
  • the stator 5 is fixedly connected to the outer shaft 3
  • the rotor 6 is bolted to the inner shaft 2.
  • the rotor 6 can be glued to the outer shaft 3, welded or shrunk.
  • a complementary thereto formed integral second connection contour 8 is provided directly (see. Fig. 1 to 3 ) or indirectly (cf. Fig. 4 to 7 ) enable a positive connection between the inner shaft 2 and the rotor 6.
  • Such a positive connection allows a tolerance compensation for deviations of the axes of the inner shaft 2 and the rotor. 6
  • the first connecting contour 7 is designed as a spring
  • the second connecting contour 8 is formed as a groove formed complementary thereto, so that the first connecting contour 7 and the second connecting contour 8 together form a single-acting, that is a unidirectional Oldham coupling, wherein the spring and the groove parallel to a first Cam 9 with the inner shaft 2 connecting pin 10 are aligned.
  • a sleeve 11 is arranged, which can take over in particular an oil supply function.
  • the sleeve 11 is formed as a separate component and inserted into the inner shaft 2, whereby an initially separate machining of the inner shaft 2 without sleeve 11 is made possible, which is much easier.
  • the stator 5 also has a stator housing 12 with a cover 13.
  • the rotor 6 is according to the Fig. 1 arranged floating to the inner shaft 2 and is supported by the stator 5 and the phase adjuster cover 13 and the sleeve 11. It is of course also conceivable that the rotor 6 is screwed in this arrangement by at least one screw against the inner shaft 2.
  • direct positive connection between the inner shaft 2 and the rotor 6 of the camshaft adjuster 4 is a tolerance compensation via a tongue and groove principle, similar to a single-acting Oldham coupling possible.
  • the groove 8 is preferably aligned parallel to the axial direction of the pin 10 in order to compensate for the expected error in this direction can.
  • the camshaft 1 according to the Fig. 3 moreover shows a first connection contour 7 and a second connection contour 8, which are both dome-shaped, the hot ball surface-shaped, and engage with each other. This is not only a parallel offset between the axis of the inner shaft 2 and the axis of the rotor 6 compensate, but also an angular deviation between these two axes.
  • the rotor 6 is bolted to the inner shaft 2 via a screw 14, wherein in the screw 14, an oil passage 15 extends, via which an oil supply from the inner shaft 2 via the screw 14 to the rotor 6 is made possible.
  • an Oldham coupling cross-coupling
  • an intermediate piece 16 is arranged, which is designed such that it with the first and second connection contour.
  • 7 Figure 8 forms the aforementioned Oldham coupling.
  • Such Oldham coupling allows the compensation of an offset between two axes, here between the axis of the rotor 6 and the axis of the inner shaft 2.
  • the intermediate piece 16 also has two connecting contours 17, 18, wherein the connecting contour 17 with the first connection contour 7 at the Inner shaft 2 and the connection contour 18 with the second connection contour 8 on the rotor 6 cooperates.
  • the connecting contours 7 and 17 are orthogonal to the connecting contours 8 and 18, whereby the tolerance compensation of the axle deviation is made possible.
  • the rotor 6 is bolted via the screw 14 and the intermediate piece 16 with the inner shaft 2, which is firmly clamped hot against them, whereby a floating mounting of the rotor 6 in the stator housing 12 is made possible.
  • an axial bearing of the inner shaft 2 is required for this. If the rotor 6 are screwed with tolerance compensation against the inner shaft 2, the rotor 6 can of course also take over the axial bearing of the inner shaft 2. Radial, the inner shaft 2 is always stored on the pins 10 and the pinned pin 9.
  • S is in the FIG. 5 denotes a possible clearance between the rotor 6 and the stator housing 12 or the stator 5 and / or the screw 14.
  • the connecting contours 17, 18 on the intermediate piece 16 and / or the first connecting contour 7 and / or the second connecting contour 8 as a rounded spring or as rounded Groove be formed.
  • at least one connecting contour 17, 18 designed as a rounded spring has a plane surface 19 on the spring head, whereby the intermediate piece 16 still has a little "air / clearance" even when the components are screwed together, in order to enable a tolerance compensation.
  • at least one of the connecting contours 7, 8, 17, 18 is coated, in particular with an elastomer material.
  • the camshaft 1 according to the Fig. 8 shows a first connection contour 7 and a second connection contour 8, of which only the second connection contour 8 is formed dome-shaped and with a likewise dome-shaped Connecting contour 18 of the intermediate piece 16 cooperates.
  • the connecting contour 17 is not formed dome-shaped, but this could be.
  • camshaft 1 With the camshaft 1 according to the invention in particular a maximum tolerance compensation and a maximum torque transmission due to the positive connection are possible.

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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle mit einer Innenwelle und einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Anbindung eines einfach wirkenden Nockenwellenverstellers (Phasenstellers) zur Verstellung einer Innenwelle gegen eine Außenwelle an einer Cam-in-Cam-Nockenwelle erfolgt in der Regel durch einen fest auf die Außenwelle gefügten Stator und einen mit der Innenwelle verschraubten und damit fest verbundenen Rotor. Der Stator wird über ein Ketten-/Zahn-/Riemenrad von der Kurbelwelle angetrieben, sodass der Kraftfluss auf die Außenwelle erfolgt. Die Innenwelle kann dabei "kraftfrei" (nicht gegen das Antriebsmoment) verstellt werden. Die Toleranzen zwischen Rotor und Stator sind recht eng gewählt, damit die innere Leckage bei hydraulisch bestätigten Nockenwellenversteller und damit auch ein Wirkungsgradverlust minimiert werden können. Bei einem einfachen Phasensteller an einer konventionellen Nockenwelle schwimmt ein Teil des Nockenwellenverstellers, das heißt der Stator gegen den Rotor, wodurch immer ein Toleranzausgleich für Fehler bei der Montage oder Fertigung gegeben ist. Insbesondere ist es nicht möglich, dass der Rotor sich gegen den Stator verstemmt.
  • Bei verstellbaren Nockenwellen wird der Stator des Nockenwellenverstellers üblicherweise auf die Außenwelle aufgeschrumpft/geklebt/geschweißt, wogegen der Rotor des Nockenwellenverstellers gegen die endseitig axiale Planfläche der Innenwelle geschraubt wird. Da bei der Fertigung und der Montage der Innenwelle (z.B. Verstiftung, Toleranzketten) Ungenauigkeiten auftreten können, kann es bei so einer starren Montage des Rotors an der Innenwelle dazu kommen, dass der Rotor gegen den Stator verkippt eingebaut wird und es so zu einem Kontakt bis hin zu einem kompletten Verklemmen kommen kann. In diesem Fall kann die Innenwelle nicht mehr gegen die Außenwelle verdreht werden.
  • Um hier einen Ausgleich schaffen zu können, bieten sich Ausgleichselemente an, die eine zumindest gewisse Fehlstellung ausgleichen können.
  • Aus der DE 10 2012 105 284 A1 ist eine gattungsgemäße Nockenwelle bekannt, mit einem Nockenwellenversteller zur Verstellung der inneren Nockenwelle und/oder der äußeren Nockenwelle sowie mit einem zwischen der inneren Nockenwelle und der äußeren Nockenwelle einerseits und dem Nockenversteller andererseits angeordneten Ausgleichselement. Dieses Ausgleichselement besitzt eine scheibenartige Form, um die Nockenwelle baulich und/oder funktional zu verbessern. Die Drehmomentübertragung erfolgt jedoch rein reibschlüssig.
  • Aus der DE 10 2008 033 230 B4 ist ein doppelter Nockenwellenversteller in Schichtaufbau zur Steuerung einer Doppelnockenwelle bekannt, mit einem ersten rotorartigen Abtriebskörper und einem zweiten rotorartigen Abtriebskörper, die zueinander mit ihren Drehflügelkörperteilen parallel angeordnet sind. Dabei ist jeder Abtriebskörper zur seitlich aus dem Nockenwellenverstellerzentrum herausführenden Aufnahme wenigstens einer Nockenwelle der Doppelnockenwelle bestimmt. Zur Ausrichtung wenigstens eines Abtriebskörpers zur Doppelnockenwelle ist darüber hinaus ein Ausgleichselement vorgesehen, das ein wenigstens einen Freiheitsgrad schaffendes Bewegungsglied ist und eine Auslenkung des umschließenden Abtriebskörpers gegenüber der Doppelnockenwelle zulässt.
  • Aus der DE 20 2008 018 146 U1 ist eine Einrichtung zur Nockenwellenverstellung bekannt, die einen Nockenwellenversteller umfasst, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor, einen Stator mit einem Statorgehäuse und eine Nockenwelle mit Nocken aufweist, sowie eine Ölzuführung zum Nockenwellenversteller. Der Nockenwellenversteller ist mit einem Rotor, dessen Innendurchmesser kleiner als ein nockenumschließender Kreis ist, form- und/oder kraftschlüssig auf einem Ende einer Nockenwelle gehalten, wobei die Nockenwelle zur Aufnahme eines Ausnehmungen zur Ölzufuhr aufweisenden Verbindungselements eine hohle Ausbildung aufweist, derart, dass das Verbindungselement in der hohlen Ausbildung der Nockenwelle form- und/oder kraftschlüssig gehalten ist. Entweder das Verbindungselement oder der Rotor weisen mindestens einen Mitnehmer zur formschlüssigen Verbindung des Rotors mit der Nockenwelle und des Verbindungselements auf, wobei dieser Mitnehmer durch mindestens eine Ausnehmung in einem hohlem Ende der Nockenwelle durchragend geführt ist. Hierdurch soll eine kompakte Einrichtung zur Nockenwellenverstellung geschaffen werden.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine verstellbare Nockenwelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen verbesserten Toleranzausgleich bei der Anbindung eines Rotors an die Innenwelle ermöglicht.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Innenwelle sowie einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle einen Rotor eines Nockenwellenverstellers mit der Innenwelle der verstellbaren Nockenwelle formschlüssig, insbesondere über eine Oldham-Kupplung, miteinander zu verbinden, wobei diese Oldham-Kupplung einfach oder entsprechend dem Oldham-Prinzip wirkend ausgestaltet ist. Der Stator des Nockenwellenverstellers ist dabei fest mit der Außenwelle verbunden, wogegen der Rotor mit der Innenwelle verschraubt ist. Erfindungsgemäß sind nun stirnseitig an der Innenwelle eine integrale erste Verbindungskontur und am Rotor eine komplementär dazu ausgebildete integrale zweite Verbindungskontur vorgesehen, die direkt (einfach wirkende Oldham-Kupplung) oder indirekt (zweifach wirkende Oldham-Kupplung) eine Formschlussverbindung zwischen der Innenwelle und dem Rotor sowie einen gegebenenfalls erforderlichen Toleranzausgleich ermöglichen. Der Rotor kann beispielsweise als Sinterteil ausgebildet sein, wobei die zweite Verbindungskontur integral am Rotor ausgebildet und dadurch zusammen mit diesem hergestellt ist. In gleicher Weise ist die erste Verbindungskontur integral an der Stirnseite der Innenwelle ausgebildet, sodass im einfachsten Fall ein direktes Ineinandergreifen der beiden Verbindungskonturen die gewünschte Formschlussverbindung in der Form einer einfach wirkenden (in eine Richtung) Oldham-Kupplung ermöglicht. Durch die Formschlussverbindung kann eine spielfreie Drehmomentübertragung gewährleistet werden, andererseits ist es aber auch möglich, zumindest geringfügige Maß- und/oder Fertigungstoleranzen auszugleichen, ohne dass hierfür aufwändige Ausgleichselemente erforderlich sind.
  • Zweckmäßig sind die erste Verbindungskontur als Feder und die zweite Verbindungskontur als komplementär dazu ausgebildete Nut ausgebildet, sodass die erste Verbindungskontur und die zweite Verbindungskontur zusammen eine einfach wirkende Oldham-Kupplung bilden.
  • In einer besonders zweckmäßigen Variante ist die Feder und die Nut parallel zu einem, einen ersten Nocken mit der Innenwelle verbindenden Stift ausgerichtet. Durch die Parallelität zwischen der Nut und dem den ersten Nocken mit der Innenwelle verbindenden Stift ist es möglich, die in dieser Richtung erwarteten Fehler ausgleichen zu können. Da in diesem Fall die Innenwelle direkt mit ihrer Verbindungskontur in die Verbindungskontur am Rotor eingreift, kann auf ein Zwischenstück verzichtet werden, wobei jedoch ein Toleranzausgleich auch nur in einer Richtung möglich ist.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die erste und/oder zweite Verbindungskontur kalottenförmig ausgebildet. Eine derartige kalottenförmige Ausbildung ermöglicht den Ausgleich von Winkeltoleranzen zwischen der Achse des Rotors des Nockenwellenverstellers und der Achse der Innenwelle. Hierdurch ist ein weiterer Toleranzausgleich in diesem Fall in Bezug auf Winkelabweichungen möglich, ohne Abstriche bei der Drehmomentübertragung hinnehmen zu müssen. Durch eine integrale Ausformung der Verbindungskontur im Rotor beziehungsweise an der Innenwelle kann auf ein zusätzliches Zwischenstück verzichtet werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist zwischen der Innenwelle und dem Rotor ein Zwischenstück angeordnet, welches derart ausgebildet ist, dass es zusammen mit der ersten und zweiten Verbindungskontur an der Stirnseite der Innenwelle bzw. am Rotor eine Oldham-Kupplung bildet. Eine derartige Oldham-Kupplung ermöglicht einen Toleranzausgleich zwischen der Achse des Rotors und der Achse der Innenwelle, sofern diese Achsparallel zueinander angeordnet sind. Zusätzlich ist denkbar, dass Verbindungskonturen am Zwischenstück und/oder die erste Verbindungskontur an der Innenwelle und/oder die zweite Verbindungskontur am Rotor als abgerundete Feder oder als ausgerundete Nut ausgebildet sind, wodurch neben dem Ausgleich von Toleranzen aufgrund einer Achsabweichung zwischen der Achse der Innenwelle und der Achse des Rotors auch Winkelabweichungen bezüglich dieser beiden Achsen ausgleichbar sind. Darüber hinaus ist es möglich, beim Einsatz einer Oldham-Kupplung den Rotor schwimmend zu lagernd, wobei in diesem Fall die Innenwelle zusätzlich axial gelagert werden muss. Selbstverständlich ist auch eine Axiallagerung der Innenwelle über den Rotor des Nockenwellenverstellers möglich. Radial kann die Innenwelle über die Verstiftung gelagert werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist zumindest eine als abgerundete Feder ausgebildete Verbindungskontur eine Planfläche am Federkopf auf. Werden somit die Federn der Oldham-Kupplung kugelförmig bzw. balkenförmig mit leicht plan gefrästem Kopf gestaltet und die beiden Teile miteinander verschraubt, haben diese immer noch zumindest ein geringfügiges Spiel um einen Toleranzausgleich zu ermöglichen, obwohl der Rotor über die Oldham-Kupplung mit der Innenwelle verschraubt ist. So ist der Rotor zur Innenwelle axial festgelegt, ein leichtes Verkippen des Rotors zur Innenwelle um Toleranzen auszugleichen aber immer noch möglich. Dies ist insbesondere der Tatsache geschuldet, das die Innenwelle nur über einen begrenzten Winkelbereich von weniger als 180° gegen die Außenwelle verstellt werden muss. So kann durch ein leichtes Verkippen ein ausreichender Toleranzausgleich speziell für den begrenzten Verstellbereich des Rotors erreicht werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform verwendet ein zwischen der Innenwelle und dem Rotor angeordnetes Zwischenstück, welches derart ausgebildet ist, dass es zusammen mit der ersten und zweiten Verbindungskontur an der Stirnseite der Innenwelle bzw. am Rotor eine Oldham-Kupplung bildet und einfach gestaltete Federn aufweist die mit etwas Spiel in der komplementären Nut eingreifen und/oder abgerundete Federn aufweist. Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform zumindest eine der axialen Trennflächen zwischen Rotor und Zwischenstück beziehungsweise Zwischenstück und Innenwelle kalottenförmig gestaltet. Durch diesen zusätzlichen Freiheitsgrad des Rotors gegen die Innenwelle kann ein noch präziserer Toleranzausgleich bei gleichzeitiger idealer Kraftübertragung durch die formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor und Innenwelle erreicht werden.
  • Zweckmäßig ist zumindest eine der Verbindungs-Konturen beschichtet, insbesondere mit einem Elastomerwerkstoff. Zwecks Dämpfungswirkung und weiterem Toleranzausgleich ist es somit möglich, das Zwischenstück bzw. entsprechende Anlageflächen und/oder Verbindungskonturen mit einem dämpfenden Werkstoff zu beschichten, was sich insbesondere positiv auf die Laufruhe einer mit einer derartigen Nockenwelle ausgestatteten Brennkraftmaschine auswirkt.
  • Es ist auch noch vorstellbar das Zwischenstück teilweise oder vollständig aus einem Elastomer beziehungsweise Kunststoff herzustellen. Hierdurch könnte eine noch größere Dämpfungswirkung erzielt werden. Ein derart gestaltetes Zwischenstück müsste aber entsprechend ausgelegt sein um die im Betrieb auftretenden Kräfte und Drehmomente zu übertragen.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
    • Fig. 1 a,b
    unterschiedliche Ansichten auf eine Innenwelle einer erfindungsgemäßen verstellbaren Nockenwelle,
    Fig. 1 c
    eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Nockenwelle,
    Fig. 2
    eine erfindungsgemäße Innenwelle mit einem teilweise geschnittenen Rotor zur Verdeutlichung einer Verbindungskontur,
    Fig. 3
    eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Nockenwelle mit kalottenförmig ausgebildeten Verbindungskonturen,
    Fig. 4
    unterschiedliche Ansichten auf eine Innenwelle mit einer Oldham-Kupplung,
    Fig. 5
    eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Nockenwelle mit Oldham-Kupplung zwischen Rotor und Innenwelle,
    Fig. 7a,b
    eine Schnittdarstellung durch die verstellbare Nockenwelle im Bereich eines Zwischenstücks einer Oldham-Kupplung,
    Fig. 8
    eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Nockenwelle mit kalottenförmig ausgebildeten Verbindungskonturen an einem Zwischenstück.
  • Entsprechend den Figuren 1, 3 und 5, weist eine erfindungsgemäße verstellbare Nockenwelle 1 eine Innenwelle 2 sowie eine koaxial dazu angeordnete Außenwelle 3 auf. Darüber hinaus ist ein Nockenwellversteller 4 (Phasensteller) vorgesehen, dessen Stator 5 mit der Außenwelle 3 fest verbunden und dessen Rotor 6 mit der Innenwelle 2 verschraubt ist. Der Rotor 6 kann dabei auf die Außenwelle 3 aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgeschrumpft sein. Erfindungsgemäß sind nun stirnseitig an der Innenwelle 2 eine integral mit dieser ausgebildete erste Verbindungskontur 7 und am Rotor 6 eine komplementär dazu ausgebildete, integrale zweite Verbindungskontur 8 vorgesehen, die direkt (vgl. Fig. 1 bis 3) oder indirekt (vgl. Fig. 4 bis 7) eine Formschlussverbindung zwischen der Innenwelle 2 und dem Rotor 6 ermöglichen. Eine derartige formschlüssige Verbindung erlaubt einen Toleranzausgleich bei Abweichungen der Achsen der Innenwelle 2 und des Rotors 6.
  • Gemäß den Figuren 1a bis 1c ist die erste Verbindungskontur 7 als Feder ausgebildet, wogegen gemäß der Fig. 2 die zweite Verbindungskontur 8 als komplementär dazu ausgebildete Nut ausgebildet ist, sodass die erste Verbindungskontur 7 und die zweite Verbindungskontur 8 zusammen eine einfach wirkende, das heißt eine in eine Richtung wirkende Oldham-Kupplung bilden, wobei die Feder und die Nut parallel zu einem einen ersten Nocken 9 mit der Innenwelle 2 verbindenden Stift 10 ausgerichtet sind. Gemäß der Fig. 1 ist im Rotor 6 des Nockenwellenverstellers 4 noch eine Hülse 11 angeordnet, die insbesondere auch eine Ölzuführungsfunktion übernehmen kann. Die Hülse 11 ist dabei als separates Bauteil ausgebildet und in die Innenwelle 2 eingeschoben, wodurch ein zunächst separates Bearbeiten der Innenwelle 2 ohne Hülse 11 ermöglicht wird, was sich deutlich einfacher darstellt. Der Stator 5 besitzt zudem ein Statorgehäuse 12 mit einem Deckel 13. Der Rotor 6 ist gemäß der Fig. 1 schwimmend zur Innenwelle 2 angeordnet und wird durch den Stator 5 beziehungsweise den Phasenstellerdeckel 13 und die Hülse 11 gelagert. Es ist natürlich auch vorstellbar, das der Rotor 6 in dieser Anordnung durch mindestens eine Schraube gegen die Innenwelle 2 verschraubt ist.
  • Mit der gemäß den Fig. 1 bis 3 gezeigten direkten Formschlussverbindung zwischen der Innenwelle 2 und dem Rotor 6 des Nockenwellenverstellers 4 ist ein Toleranzausgleich über ein Nut-Feder-Prinzip, ähnlich einer einfach wirkenden Oldham-Kupplung möglich. Dabei kann jedoch nur ein Fehler in einer Achsquerrichtung ausgeglichen werden, wobei in diesem Fall die Nut 8 vorzugsweise parallel zur Achsrichtung des Stiftes 10 ausgerichtet ist, um die in diese Richtung erwarteten Fehler ausgleichen zu können.
  • Die Nockenwelle 1 gemäß der Fig. 3 zeigt darüber hinaus eine erste Verbindungskontur 7 sowie eine zweite Verbindungskontur 8, die beide kalottenförmig, das heiß kugeloberflächenförmig, ausgebildet sind und ineinander greifen. Hierdurch ist nicht nur ein Parallelversatz zwischen der Achse der Innenwelle 2 und der Achse des Rotors 6 auszugleichen, sondern auch eine Winkelabweichung zwischen diesen beiden Achsen.
  • Betrachtet man die Fig. 3 und die Fig. 5, so kann man erkennen, dass der Rotor 6 mit der Innenwelle 2 über eine Schraube 14 verschraubt ist, wobei in der Schraube 14 ein Ölkanal 15 verläuft, über welchen eine Ölzufuhr von der Innenwelle 2 über die Schraube 14 zum Rotor 6 ermöglicht wird.
  • Betrachtet man die gemäß den Fig. 4 bis 7 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwelle 1, so kann man hier eine Oldham-Kupplung (Kreuzkupplung) erkennen, bei welcher zwischen der Innenwelle 2 und dem Rotor 6 ein Zwischenstück 16 angeordnet ist, welches derart ausgebildet ist, dass es mit der ersten und zweiten Verbindungskontur 7, 8 die zuvor erwähnte Oldham-Kupplung bildet. Eine derartige Oldham-Kupplung ermöglicht den Ausgleich eines Versatzes zwischen zwei Achsen, hier zwischen der Achse des Rotors 6 und der Achse der Innenwelle 2. Das Zwischenstück 16 besitzt ebenfalls zwei Verbindungskonturen 17, 18, wobei die Verbindungskontur 17 mit der ersten Verbindungskontur 7 an der Innenwelle 2 und die Verbindungskontur 18 mit der zweiten Verbindungskontur 8 am Rotor 6 zusammenwirkt. Die Verbindungskonturen 7 und 17 stehen dabei orthogonal zu den Verbindungskonturen 8 und 18, wodurch der Toleranzausgleich der Achsabweichung ermöglicht wird.
  • Betrachtet man die Fig. 5, so kann man erkennen, dass der Rotor 6 über die Schraube 14 und über das Zwischenstück 16 mit der Innenwelle 2 verschraubt ist, das heiß fest gegen diese verspannt ist, wodurch eine schwimmende Lagerung des Rotors 6 im Statorgehäuse 12 ermöglicht wird. Hierfür erforderlich ist selbstverständlich eine Axiallagerung der Innenwelle 2. Sollte der Rotor 6 mit Toleranzausgleich gegen die Innenwelle 2 verschraubt werden, kann der Rotor 6 selbstverständlich auch die Axiallagerung der Innenwelle 2 übernehmen. Radial wird die Innenwelle 2 stets über die Stifte 10 und die damit verstifteten Nocken 9 gelagert. Mit dem Bezugszeichen S ist in der Figur 5 ein mögliches Spiel zwischen dem Rotor 6 und dem Statorgehäuse 12 bzw. dem Stator 5 und/oder der Schraube 14 bezeichnet.
  • Um zusätzlich auch eine Winkelabweichung zwischen der Achse des Rotors 6 und der Achse der Innenwelle 2 ausgleichen zu können, können die Verbindungskonturen 17, 18 am Zwischenstück 16 und /oder die erste Verbindungskontur 7 und/oder die zweite Verbindungskontur 8 als abgerundete Feder oder als ausgerundete Nut ausgebildet sein. Darüber hinaus ist denkbar, dass zumindest eine als abgerundete Feder ausgebildete Verbindungskontur 17, 18 eine Planfläche 19 am Federkopf aufweist, wodurch selbst bei zusammengeschraubten Bauteilen das Zwischenstück 16 immer noch ein wenig "Luft/Spiel" besitzt, um einen Toleranzausgleich zu ermöglichen. Um darüber hinaus auch noch die Dämpfungswirkung und einen zusätzlichen Toleranzausgleich zu ermöglichen, ist zumindest eine der Verbindungskonturen 7, 8, 17, 18 beschichtet, insbesondere mit einem Elastomerwerkstoff.
  • Die Nockenwelle 1 gemäß der Fig. 8 zeigt eine erste Verbindungskontur 7 sowie eine zweite Verbindungskontur 8, wovon nur die zweite Verbindungskontur 8 kalottenförmig ausgebildet ist und mit einer ebenfalls kalottenförmig ausgebildeten Verbindungskontur 18 des Zwischenstücks 16 zusammenwirkt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Verbindungskontur 17 nicht kalottenförmig ausgebildet, könnte dies jedoch sein.
  • Mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle 1 sind insbesondere ein maximaler Toleranzausgleich sowie eine maximale Drehmomentübertragung aufgrund der Formschlussverbindung möglich.

Claims (10)

  1. Verstellbare Nockenwelle (1) mit einer Innenwelle (2) und einer koaxial dazu angeordneten Außenwelle (3), sowie mit einem Nockenwellenversteller (4), dessen Rotor (6) drehfest mit der Innenwelle (2) verbunden ist, wobei der Stator (5) des Nockenwellenverstellers (4) drehfest mit der Außenwelle (3) verbunden ist, und wobei stirnseitig an der Innenwelle (2) eine integrale erste Verbindungskontur (7) und am Rotor (6) eine komplementär dazu ausgebildete integrale zweite Verbindungskontur (8) vorgesehen sind, die direkt oder indirekt eine Formschlussverbindung zwischen der Innenwelle (2) und dem Rotor (6) ermöglichen.
  2. Nockenwelle nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Verbindungskontur (7) als Feder und die zweite Verbindungskontur (8) als komplementär dazu ausgebildete Nut ausgebildet sind, so dass die erste Verbindungskontur (7) und die zweite Verbindungskontur (8) zusammen eine einfach wirkende Oldham-Kupplung bilden, wobei die Feder und die Nut parallel zu einem einen ersten Nocken (9) mit der Innenwelle (2) verbindenden Stift (10) ausgerichtet sind.
  3. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest die erste und/oder die zweite Verbindungskontur (7,8) kalottenförmig ausgebildet sind.
  4. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine den Rotor (6) mit der Innenwelle (2) verbindende Schraube (14) einen Ölkanal (15) aufweist, über welchen eine Ölzufuhr von der Innenwelle (2) über die Schraube (14) zum Rotor (6) ermöglicht wird.
  5. Nockenwelle nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der Innenwelle (2) und dem Rotor (6) ein Zwischenstück (16) angeordnet ist, das über entsprechende Verbindungskonturen (17,18) zusammen mit der ersten und zweiten Verbindungkontur (7,8) an der Innenwelle (2) und dem Rotor (6) eine Oldham-Kupplung bildet.
  6. Nockenwelle nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Verbindungskonturen (17,18) am Zwischenstück (16) und/oder die erste Verbindungskontur (7) und/oder die zweite Verbindungskontur (8) als abgerundete Feder oder als ausgerundete Nut ausgebildet sind.
  7. Nockenwelle nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine erste und/oder eine zweite axiale Trennfläche zwischen Zwischenstück (16) und Rotor (6) oder zwischen Zwischenstück (16) und Innenwelle (2) kalottenförmig ausgebildet ist.
  8. Nockenwelle nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine als abgerundete Feder ausgebildete Verbindungskontur (7, 8, 17,18) eine Planfläche (19) am Federkopf aufweist.
  9. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine der Verbindungskonturen (7, 8, 17,18) beschichtet ist, insbesondere mit einem Elastomerwerkstoff.
  10. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Rotor (6) über einen Pressverband mit der Innenwelle (2) verbunden ist, oder
    - dass der Rotor (6) mit axialem Spiel zur Innenwelle (2) angeordnet ist.
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