DE102006024794A1

DE102006024794A1 - Verstellbare Nockenwelle

Info

Publication number: DE102006024794A1
Application number: DE102006024794A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rommel; Falk Schneider
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-05-27
Filing date: 2006-05-27
Publication date: 2007-12-06
Also published as: US20070272184A1; DE202006020695U1; US7469670B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle (1), bei der eine Innenwelle (4) gegenüber einer Außenwelle (2) verdrehbar gelagert ist. Zur Erzeugung einer relativen Drehbewegung zwischen den beiden Wellen (2, 4) ist am einen Ende der Nockenwelle (1) eine hydraulische Stelleinrichtung (3) vorgesehen sowie ein Ketten-/Riemenrad (7), welches über eine Kette oder einen Riemen mit einem Antrieb, insbesondere mit einer Kurbelwelle, verbunden ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Ketten-/Riemenrad (7) so ausgebildet ist, dass es zum Ausrichten der Nockenwelle (1) bezüglich des Antriebes relativ zur Stelleinrichtung (3) verdrehbar und nach erfolgtem Ausrichten entweder drehfest mit der Innenwelle (4) oder drehfest mit der Außenwelle (2) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle, insbesondere für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Nockenwelle ist in der nicht vorveröffentlichen, internationalen Patentanmeldung PCT/DE 2006/000039 vom 13.01.2006 mit Prioritäten aus deutschen Voranmeldungen vom 03.02.2005 und 30.08.2005 beschrieben.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform einer gattungsgemäßen Nockenwelle anzugeben, welche sich insbesondere durch eine einfache Montierbarkeit, auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein für die Kraftübertragung zwischen der Nockenwelle und einem Antrieb, beispielsweise einer Kurbelwelle, erforderliches Ket ten-/Riemenrad beim Montieren der Nockenwelle drehbar an derselben zu lagern. Die erfindungsgemäße Nockenwelle weist zwei Wellen, nämlich jeweils eine fest mit Nocken verbundene Innen- und Außenwelle auf, die relativ zueinander verdrehbar gelagert sind. Die Relativverdrehung wird dabei durch eine an einem Axialende der Nockenwelle angeordnete hydraulische Stelleinrichtung erzeugt, welche einen Rotor und einen Stator aufweist. Darüber hinaus ist an diesem Axialende der Nockenwelle ein Ketten-/Riemenrad vorgesehen, das über eine Kette oder einen entsprechenden Riemen mit einem Antrieb, beispielsweise mit einer Kurbelwelle, verbunden ist. Das Ketten-/Riemenrad ist dabei erfindungsgemäß so ausgebildet, dass es während der Montage und dem Ausrichten der Nockenwelle bezüglich des Antriebs relativ zur Stelleinrichtung und damit auch relativ zur Innen- und Außenwelle verdrehbar ist, während es nach erfolgtem Ausrichten der Nockenwelle bezüglich des Antriebs entweder drehfest mit der Innenwelle oder drehfest mit der Außenwelle verbunden werden kann. Durch diese Tatsache kann ein aufwändiges Ausrichten und Fixieren der beiden Wellen zueinander vermieden werden, wodurch sich insbesondere Fertigungszeit und Fertigungskosten einsparen lassen. Im Unterschied zu einer sofortigen Fixierung des Ketten-/Riemenrades an der Stelleinrichtung bzw. an der Nockenwelle wird insbesondere das äußerst aufwändige Ausrichten und in ausgerichtetem Zustand gegeneinander Fixieren des Antriebs, beispielsweise der Kurbelwelle, und der Nockenwelle entbehrlich, wodurch eine erhebliche Vereinfachung der Montage erreicht werden kann.
Zweckmäßig ist eine koaxial zur Nockenwelle verlaufende Fixiereinrichtung vorgesehen, welche den Rotor der Stelleinrichtung drehfest gegen die Innenwelle verspannt. Alternativ hierzu kann auch eine gleich angeordnete Fixiereinrichtung vorgesehen sein, welche das Ketten-/Riemenrad drehfest über den Stator der Stelleinrichtung gegen die Innenwelle verspannt. Beide Ausführungsformen erlauben eine drehbare Lagerung des Ketten-/Riemenrades bei an der Nockenwelle montierter Stelleinrichtung, wobei im ersten Fall die Fixierung des Ketten-/Riemenrades direkt mit der Fixiereinrichtung über den Rotor der Stelleinrichtung an der Innenwelle erfolgt, während die Fixierung im zweiten Falle zwischen dem ausgerichteten Ketten-/Riemenrad und dem Rotor der Stelleinrichtung erfolgt. Diese beiden alternativen Ausführungsformen belegen die großen konstruktiven Freiräume, wodurch die erfindungsgemäß verstellbare Nockenwelle beziehungsweise die daran angeordnete Stelleinrichtung vielfältig einsetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die koaxial zur Nockenwelle verlaufende Fixiereinrichtung eine Schraube mit einem Außengewinde, die in ein komplementär dazu ausgebildetes und an einer axialen Stirnseite der Innenwelle vorgesehenes Innengewinde einschraubbar ist. Diese Ausführungsform erlaubt eine Fixierung des Stators der Stelleinrichtung an der Innenwelle bzw. eine Fixierung des Ketten-/Riemenrades über den Rotor der Stelleinrichtung an der Innenwelle durch ein einfaches Festschrauben der als Schraube ausgebildeten Fixiereinrichtung, was während des Montagevorganges mit wenigen Handgriffen und daher äußerst einfach zu bewerkstelligen ist. Gleichzeitig bietet eine derartige Fixierung eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Belastbarkeit.
Vorteilhafte, nachstehend noch näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen, jeweils schematisch,
1a einen Längsschnitt durch einen axialen Endabschnitt einer verstellbaren Nockenwelle mit einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung,
1b einen Querschnitt durch die Nockenwelle entlang der Ebene A-A,
2a eine alternative Ausführungsform zu der derjenigen nach 1,
2b einen Querschnitt durch die Nockenwelle gemäß der 2a in der Ebene A-A.
Entsprechend der 1 weist ein axialer Endbereich einer verstellbaren Nockenwelle 1 eine in einer Außenwelle 2 über eine stirnendseitig angeordnete, hydraulische Stelleinrichtung 3 verdrehbar gelagerte Innenwelle 4 auf. Die beiden Wellen 2 und 4 weisen jeweils nicht gezeigte und fest mit einer der Wellen 2, 4 verbundene Nocken zur Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors auf. Die mit der Innenwelle 4 fest verbundenen Nocken sind durch die Außenwelle 2 hindurch verstiftet, so dass eine unabhängige Drehbewegung der Innenwelle 4 mit den daran verstifteten Nocken gegenüber der Außenwelle 2 möglich ist. Zur Erzeugung einer Relativverdrehung zwischen der Innenwelle 4 und der Außenwelle 2 ist wie oben erwähnt, die hydraulische Stelleinrichtung 3 vorgesehen, welche einen Stator 5 und einen Rotor 6 sowie ein Ketten-/Riemenrad 7 aufweist. Das Ketten-/Riemenrad 7 besitzt vorzugsweise einen umfangsseitig angeordneten Zahnkranz 8 und ist über eine nicht dargestellte Kette oder einen Riemen mit einem ebenfalls nicht dargestellten Antrieb, insbesondere mit einer Kurbelwelle, verbunden.
Generell sind hydraulische Stelleinrichtungen 3 aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb diese nicht näher erläutert werden. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei jedoch erwähnt, dass eine solche Stelleinrichtung 3 eine Anzahl von Hydraulikkammern enthält, die zur Erzeugung der erforderlichen Drehverstellung der beiden Wellen 2 und 4 wechselseitig mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden müssen. Diese Hydraulikflüssigkeit wird durch den Endbereich, der die Außen- und die Innenwelle 2, 4 umfassenden Nockenwelle 1 zu- und abgeführt. Eine Zu- und Abfuhr durch die Außenwelle 2 erfolgt über radiale Öffnungen 9 und 9', die mit zugeordneten Kanälen 10, 10' kommunizieren. Diese Kanäle verlaufen innerhalb der Nockenwelle 1, wobei als Trennwand zwischen den beiden Kanälen 10, 10' beispielsweise eine Hülse 11 dienen kann, die zwischen der Innenwelle 4 und der Außenwelle 2 angeordnet ist und einer zu den Wellen 4, 2 verschiedenen Querschnitt aufweist. Somit liegt der Kanal 10 zwischen der Außenwelle 2 und der Hülse 11, während der Kanal 10' zwischen der Innenwelle 4 und der Hülse 11 verläuft. Im Bereich der Stelleinrichtung 3 verlaufen die Kanäle 10 und 10' radial nach außen und versorgen eine nicht dargestellte Hydraulikkammer der Stelleinrichtung 3 mit Hydraulikflüssigkeit.
Erfindungsgemäß ist nun das Ketten-/Riemenrad 7 so ausgebildet, dass es zum Ausrichten der Nockenwelle 1 bezüglich des Antriebs, also bezüglich der Kurbelwelle, relativ zur Stelleinrichtung 3 und damit relativ zur Innenwelle 4 und zur Außenwelle 2 verdrehbar ist und nach erfolgtem Ausrichten entweder drehfest mit der Innenwelle 4 oder drehfest mit der Außenwelle 2 verbunden werden kann. Die Nockenwelle 1 gemäß der 1 stellt dabei die Ausführungsform dar, bei der nach erfolgtem Ausrichten das Ketten-/Riemenrad 7 drehfest mit der Außenwelle 2 verbunden wird, während es bei der Ausführungsform nach 2 drehfest mit der Innenwelle 4 verbunden wird. In dem axialen Endbereich der Nockenwelle 1, in welchem die Stelleinrichtung 3 angeordnet ist, ist zusätzlich eine koaxial zur Nockenwelle 1 verlaufende Fixiereinrichtung 12 vorgesehen, welche gemäß 1a den Stator 5 der Stelleinrichtung 3 drehfest gegen die Innenwelle 4 verspannt. Die Fixiereinrichtung 12 kann dabei beispielsweise eine Schraube sein, welche ein Außengewinde aufweist, das in ein komplementär dazu ausgebildetes und an einer axialen Stirnseite der Innenwelle 4 vorgesehenes Innengewinde einschraubbar ist. Somit ist der Stator 5 fest mit der Innenwelle 4 verbunden, während der Rotor 6 fest mit der Außenwelle 2 verbunden ist. Wie der 1a weiter zu entnehmen ist, durchgreift die Fixiereinrichtung 12 das Ketten-/Riemenrad 7 berührungsfrei.
Um das Ketten-/Riemenrad 7 relativ zur Innenwelle 4 bzw. relativ zur Außenwelle 2 ausrichten zu können, ist vorgesehen, dass der Rotor 6 der Stelleinrichtung 3 und/oder das Ketten-/Riemenrad 7 in Umfangsrichtung gekrümmte Langlöcher aufweisen, durch welche, beide miteinander verbindende Fixiermittel 13 verlaufen. Die Fixiermittel 13 sind in der 1a durch eine unterbrochen gezeichnete Linie dargestellt und können beispielsweise durch eine Schraube mit einer Kontermutter verwirklicht sein. Durch die Umfangsrichtung gekrümmten Langlöcher, welche die Fixiermittel 13 aufnehmen, wird eine Verdrehbewegung des Ketten-/Riemenrades 7 gegenüber der Innenwelle 4 und der Außenwelle während des Ausrichtens der Nockenwelle 1 bezüglich des Antriebes erlaubt.
Um die Hydraulikkanäle 10 und 10' in der Stelleinrichtung 3 voneinander trennen zu können, ist zwischen dem Stator 5 der Stelleinrichtung 3 und der Außenwelle 2 eine bewegte Radialdichtung 14 vorgesehen.
Bei der in 2a und 2b gezeigten Nockenwelle 1 ist ebenfalls eine Fixiereinrichtung 12 vorgesehen, die koaxial zur Nockenwelle 1 verläuft, anders jedoch als bei der Ausführungsform gemäß 1 das Ketten-/Riemenrad 7 drehfest über den Rotor 6 der Stelleinrichtung 3 gegen die Innenwelle 4 verspannt. Auch besitzt das in 2 gezeigte Ketten-/Riemenrad 7 eine andere Längsschnittform als das Ketten-/Riemenrad 7 gemäß der 1. Das Ketten-/Riemenrad 7 gemäß der 2 ist im wesentlichen topfförmig ausgebildet und umgreift die Stelleinrichtung 3 bzw. den Rotor 6 der Stelleinrichtung 3 an drei Seiten. Der Rotor 6 ist bei der Ausführungsform nach 2 ebenfalls fest mit der Außenwelle 2 verschraubt, wobei sich das Ketten-/Riemenrad 7 bei gelöster Fixiereinrichtung 12 relativ zum Rotor 6 und relativ zum Stator 5 der Stelleinrichtung 3 ausrichten bzw. verdrehen lässt.
Im Unterschied zu der Ausführungsform in 1 ist bei der Ausführungsform nach 2 zwischen dem Stator 5 der Stelleinrichtung 3 und einer Stirnseite 15 der Außenwelle 2 eine stehende Axialdichtung 16 vorgesehen, welche die beiden Hydraulikkanäle 10 und 10' voneinander trennt. Auch gemäß der 2 ist dabei das Ketten-/Riemenrad 7 so ausgebildet, dass es zum Ausrichten der Nockenwelle 1 bezüglich des Antriebs relativ zur Stelleinrichtung 3 und damit relativ zur Innenwelle 4 und zur Außenwelle 2 verdrehbar ist. Im Unterschied zu 1 wird jedoch nach erfolgtem Ausrichten das Ketten-/Riemenrad 7 über die Fixiereinrichtung 12 drehfest mit der Innenwelle 4 verbunden.
Durch die erfindungsgemäße verstellbare Nockenwelle 1 lässt sich eine deutliche vereinfachte Montage derselben erreichen. Gemäß 1 wird zunächst der Rotor 6 der Stellein richtung 3 drehfest an der Nockenwelle 1 montiert, beispielsweise über ein Gewinde 17 auf die Außenwelle 2 aufgeschraubt, wobei die Stelleinrichtung 3 dabei einen am Rotor 6 fixierten Stator 5 aufweist. Nach dem Montieren der Stelleinrichtung 3 an der Nockenwelle 1 erfolgt ein Ausrichten der Nockenwelle 1 bezüglich des Antriebes in eine vorgegebene Winkelposition sowie ein anschließendes, vorläufiges Fixieren dieser Position und ein Auflegen einer nicht gezeigten Kette oder eines ebenfalls nicht gezeigten Riemens auf das bis dato noch drehbare Ketten-/Riemenrad 7. Selbstverständlich kann auch zuerst die Kette beziehungsweise der Riemen auf das Ketten-/Riemenrad 7 aufgebracht werden und erst danach ein Ausrichten der Nockenwelle 1 bezüglich des Antriebs erfolgen. Die wahlweise Ausführbarkeit der beiden letzten Arbeitsschritte wird dadurch ermöglicht, dass das Ketten-/Riemenrad 7 im Montagezustand sowohl drehbar gegenüber der Innenwelle 4 als auch drehbar gegenüber der Außenwelle 2 gelagert ist.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird nun das Ketten-/Riemenrad 7 drehfest mit der Außenwelle 2 verbunden (vgl. 1) oder drehfest mit der Innenwelle 4 verbunden (vgl. 2). Hiernach kann die vorläufige Fixierung gelöst bzw. aufgehoben werden. Durch die drehbare Lagerung des Ketten-/Riemenrades 7 bezüglich der Innenwelle 4 beziehungsweise der Außenwelle 2 während des Montagevorgangs, kann auf ein aufwändiges und zeitraubendes Ausrichten und Fixieren der beiden Wellen 2, 4 bezüglich des Antriebes verzichtet werde, wodurch sich die Montage der Nockenwelle 1 erheblich verein facht und dadurch Fertigungszeit gespart und Kosten reduziert werden können.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.

Claims

Verstellbare Nockenwelle (1), insbesondere für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, bei der – zwei Wellen (2, 4), nämlich jeweils eine fest mit Nocken verbundene Innen- und Außenwelle (4, 2) relativ zueinander verdrehbar sind, – zur Erzeugung dieser Relativbewegung an einem ihrer Enden eine hydraulische Stelleinrichtung (3) mit einem Rotor (6) und einem Stator (5) vorgesehen ist sowie ein Ketten-/Riemenrad (7), welches über eine Kette oder einen Riemen mit einem Antrieb, insbesondere mit einer Kurbelwelle, verbunden ist, – der Stator (5) gegen den Rotor (6) verriegelbar ist und in montiertem Zustand der Nockenwelle (1) eine Verbindung des Stators (5) und des Rotors (6) mit jeweils der Innen- (4) oder der Außenwelle (4, 2) gegeben ist, gekennzeichnet durch das Merkmal, das Ketten-/Riemenrad (7) ist so ausgebildet, dass es zum Ausrichten der Nockenwelle (1) bezüglich des Antriebs relativ zur Stelleinrichtung (3) und damit relativ zur Innen- und Außenwelle (4, 2) verdrehbar und nach erfolgtem Ausrichten entweder drehfest mit der Innenwelle (4) oder drehfest mit der Außenwelle (2) verbindbar ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine koaxial zur Nockenwelle (1) verlaufende Fixiereinrichtung (12) vorgesehen ist, welche den Stator (5) der Stelleinrichtung (3) drehfest gegen die Innenwelle (4) verspannt.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine koaxial zur Nockenwelle (1) verlaufende Fixiereinrichtung (12) vorgesehen ist, welche das Ketten-/Riemenrad (7) drehfest über den Rotor (6) der Stelleinrichtung (3) gegen die Innenwelle (4) verspannt.
Nockenwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxial zur Nockenwelle (1) verlaufende Fixiereinrichtung (12) eine Schraube mit einem Außengewinde ist, welche in ein komplementär dazu ausgebildetes und an einer axialen Stirnseite der Innenwelle (4) vorgesehenes Innengewinde einschraubbar ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) der Stelleinrichtung (3) und/oder das Ketten-/Riemenrad (7) in Umfangsrichtung gekrümmte Langlöcher aufweisen, durch welche, der Rotor (6) und das Ketten-/Riemenrad (7) miteinander verbindende Fixiermittel (13) verlaufen und die eine Verdrehbewegung des Ketten- /Riemenrades (7) gegenüber der Innen- und Außenwelle (4, 2) während des Ausrichtens der Nockenwelle (1) bezüglich des Antriebs erlauben.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung (12) das Ketten-/Riemenrad (7) berührungsfrei durchgreift.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (5) der Stelleinrichtung (3) und der Außenwelle (2) eine bewegte Radialdichtung (14) vorgesehen ist, welche zwei die Stelleinrichtung (3) versorgende Hydraulikkanäle (10, 10') von einander trennt.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (5) der Stelleinrichtung (3) und einer Stirnseite (15) der Außenwelle (2) eine stehende Axialdichtung (16) vorgesehen ist, welche zwei die Stelleinrichtung (3) versorgende Hydraulikkanäle (10, 10') von einander trennt.
Verfahren zur Montage einer Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit zumindest folgenden Verfahrensschritten: 9.1 Drehfestes Montieren der Stelleinrichtung (3) an der Nockenwelle (1) mit aneinander fixiertem Rotor (6) und Stator (5), 9.2 Ausrichten der Nockenwelle (1) bezüglich des Antriebs in eine vorgegebene Winkelposition, vorläufiges Fixieren dieser Position und Auflegen der Kette oder des Riemens auf das drehbare Ketten-/Riemenrad (7) oder umgekehrt, 9.3 drehfestes Fixieren des Ketten-/Riemenrades (7) mit der Innenwelle (4) oder mit der Außenwelle (2), 9.4 Lösen der vorläufigen Fixierung.