DE102007056550A1

DE102007056550A1 - Modular aufgebauter Nockenwellenversteller mit Ketten- oder Riemenrad

Info

Publication number: DE102007056550A1
Application number: DE102007056550A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dietz; Andreas Strauss
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2009-05-28
Also published as: CN101970810B; EP2215333B1; CN101970810A; EP2215333A1; ATE529614T1; US20100242876A1; WO2009065731A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Nockenwellenversteller (2) für den Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Ketten- oder Riemenrad (1), das mindestens einen radial nach außen gerichteten Radkranz (12) mit Zahneingriffstiefe Z, ein ringförmiges Radbett (4) um eine zentrale, kreisförmige Öffnung (7) und eine im Wesentlichen zylindrische Radwand (11) mit einer Wandstärke X aufweist, die in axialer Richtung von dem ringförmigen Radbett (4) auskragt, so dass die Radwand (11) mit dem Radbett (4) eine Topfform bildet. Die Mindestwandstärke X der im Wesentlichen zylindrischen Radwand (11) unterhalb des mindestens einen Radkranzes (12) ist gleich der halben Zahneingriffstiefe Z und das topfförmige Ketten- oder Riemenrad (1) aus einem Leichtbauwerkstoff gefertigt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Nockenwellenversteller mit Ketten- oder Riemenrad für den Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Nockenwellen von Brennkraftmaschinen werden meistens über eine Kette oder einen Zahnriemen von Kurbelwellen angetrieben und dabei in einem geschlossenen Regelkreis kontinuierlich verstellt, wobei typische Verstellbereiche bei 40 bis 60° Kurbelwinkel liegen. Einzustellende Kurbelwinkel sind in Kennfeldern hinterlegt. Verstellungen erfolgen z. B. hydraulisch, gespeist aus dem Motorölkreis über ein elektrisch betätigtes Steuerventil und ermöglichen optimierte Ventilsteuerzeiten über die Parameter Motorlast und -drehzahl. Je nach Motorkonzept und Anzahl der Versteller ist so eine deutliche Absenkung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen sowie eine Steigerung von Leistung und Drehmoment erreichbar.
Bekannt ist aus der US 2005/0051121 A1 ein Nockenwellenversteller mit Ketten- oder Riemenrad für einen Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine. Das Gehäuse des Nockenwellenverstellers ist einschließlich einer profilierten Nut aus Aluminium oder Magnesium. Die profilierte Nut nimmt das aus Stahl gefertigte Ketten- oder Riemenrad auf. Die profilierte Nut kompliziert die Fertigung des Gehäuses des Nockenwellenverstellers und die Montage des Ketten- oder Riemenrads am Gehäuse ist aufwändig.
Bekannt ist aus der DE 103 03 991 A1 ein modular aufgebauter Nockenwellenversteller für den Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Ketten- oder Riemenrad, das einen radial nach außen gerichteten Radkranz mit einer Zahneingriffstiefe Z aufweist. Das Ketten- oder Riemenrad ist mit einem ringförmigen Radbett um eine zentrale, kreisförmige Öffnung versehen. Eine im wesentlichen zylindrische Radwand kragt mit einer Wandstärke X in axialer Richtung von dem ringförmigen Radbett aus, so dass die Radwand mit dem Radbett eine Topfform bildet, wobei die Wandstärke X der im wesentlichen zylindrischen Radwand unterhalb des einen Radkranzes ein Mehrfaches der Zahneingriffstiefe Z ist, so dass radial verteilte Bohrungen in der im wesentlichen zylindrischen Radwand Platz haben zur koaxialen Montage des Ketten- oder Riemenrads an einen Stator des Nockenwellenverstellers (s. 2, aaO). Die massive Wandstärke X der zylindrischen Radwand der DE 103 03 991 A1 ergibt erhöhtes Gewicht der Ketten- oder Riemenräder und damit eine nachteilig erhöhte Gesamtmasse von Nockenwellenversteller und Ketten- oder Riemenrädern.
Topfförmige Ketten- oder Riemenräder geringer Masse weisen entsprechend eingeschränkte Stabilität auf und verformen sich unter hohen Lasten aus antreibenden Ketten oder Riemen, was den Nockenwellenantrieb beeinträchtigen und so zu Motorschäden führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen modular aufgebauten Nockenwellenversteller mit einem Ketten- oder Riemenrad für den Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine mit verbesserter Tragfähigkeit bei geringer Gesamtmasse zu schaffen.
Die Lösung erfolgt mit einem modular aufgebauten Nockenwellenversteller mit Ketten- oder Riemenrad für den Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Gemäß der Erfindung weist ein modular aufgebauter Nockenwellenversteller für einen Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine ein Ketten- oder Riemenrad auf mit einem ringförmigen Radbett um eine zentrale, kreisförmige Öffnung zur Aufnahme einer Nockenwelle, auf der das Ketten- oder Riemenrad über einen Rotor des Nockenwellenverstellers gelagert ist. Radial nach außen gerichtet ist am Ketten- oder Riemenrad mindestens ein Radkranz mit Zahneingriffstiefen Z vorgesehen. Eine im wesentlichen zylindrische Radwand mit einer Mindestwandstärke X kragt in axialer Richtung vom ringförmigen Radbett an dessen äußerem Umfang frei aus und bildet mit dem Radbett eine Topfform, wobei für ausreichende Tragfähigkeit die Mindestwandstärke X der von dem ringförmigen Radbett auskragenden Radwand unterhalb des mindestens einen Radkranzes gleich der halben Zahneingriffstiefe Z ist. Mindestens ein Radkranz ist im auskragenden Bereich der Radwand angeordnet. Erfindungsgemäß ist das topfförmige Ketten- oder Riemenrad für reduziertes Gewicht aus einem Leichtbauwerkstoff wie Aluminium gefertigt. Radial verteilte Bohrungen im ringförmigen Radbett dienen zur koaxialen Montage des Ketten- oder Riemenrads an einen Stator des Nockenwellenverstellers. Vorteilhaft ist so auch der besonders große Verzug von topfförmigen Ketten- oder Riemenrädern nach einer Wärmebehandlung reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das topfförmige Ketten- oder Riemenrad mit mindestens einer im wesentlichen radial gerichteten Versteifungsrippe vom ringförmigen Radbett zur Radwand versehen zur gewichtsoptimierten Versteifung am Umfang des topfförmigen Ketten- oder Riemenrads.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist rundum eine Versteifung vom ringförmigen Radbett zur im wesentlichen kegelstumpfförmigen Radwand vorgesehen zur gleichmäßigen Versteifung am Umfang des topfförmigen Ketten- oder Riemenrads.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kragt die Radwand vom äußeren Rand der dem Nockenwellenversteller abgewandten Seite des Nockenwellenverstellers aus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Versteifungsrippen in einem Winkel, stufig oder mit Rundungen ausgestaltet zur Optimierung der Versteifung bei konstruktiven Gegebenheiten und Lastverhältnissen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele dargelegt. Es zeigen:
1: ein topfförmiges Kettenrad gemäß der Erfindung,
2: ein alternatives topfförmiges Kettenrad gemäß der Erfindung und
3: ein weiteres alternatives topfförmiges Kettenrad gemäß der Erfindung.
1: Ein topfförmiges Kettenrad 1 aus einem Leichtbauwerkstoff wie Aluminium ist koaxial an einen modular aus Stahl gefertigten Nockenwellenversteller 2 einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) montiert mit radial gleichmäßig verteilten Schrauben 3 durch ein ringförmiges Radbett 4 des topfförmigen Kettenrads 1, einen Stator 5 und einen Frontdeckel 6 des Nockenwellenverstellers 2. Eine zentrale, kreisförmige Öffnung 7 im ringförmigen Radbett 4 dient zur Aufnahme einer Nockenwelle (nicht dargestellt), auf der das Kettenrad 1 über den Nockenwellenversteller 2 drehbar gelagert ist. Eine Lagerung 8 der No ckenwelle in einem Rotor 9 des Nockenwellenverstellers 2 weist Schmiermittelöffnungen 10 auf.
Am äußeren Umfang des ringförmigen Radbetts 4 kragt im wesentlichen in axialer Richtung – vom Nockenwellenversteller 2 weg – eine von außen im wesentlichen zylindrische Radwand 11 des topfförmigen Kettenrads 1 aus. Im auskragenden Bereich der Radwand 11 mit einer Wandstärke X sind radial nach außen gerichtet zwei Radkränze 12 vorgesehen mit jeweils Zahneingriffstiefen Z. Über die Radkränze 12 läuft je eine Kette (nicht dargestellt), mit der die Nockenwelle von einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) angetrieben wird. Die Radwand 11 des topfförmigen Kettenrads 1 kragt mit einer über die gesamte axiale Erstreckung im wesentlichen konstanten Mindestwandstärke X, die größer ist als die halbe Zahneingriffstiefe Z vom Umfang des ringförmigen Radbetts 4 aus. Die axiale Erstreckung der Radwand 11 ist größer als die Breite von 2 Radkränzen 12.
2: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 1 bezeichnet. Die vom Nockenwellenversteller 2 wegweisende Radwand 11 des topfförmigen Kettenrads 1 aus Aluminium weist an ihrem freien Ende 13 eine Mindestwandstärke X auf, die größer ist als die Zahneingriffstiefe Z und vom freien Ende 13 radial nach innen linear zunimmt bis zum ringförmigen Radbett 4 für eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Versteifung 14 des Radbetts 4 und der Radwand 11 rundum deren Umfang, wobei Ausnehmungen in der Versteifung 14 für die Köpfe der Schrauben 3 vorgesehen sind.
3: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 1 und 2 bezeichnet. Die zylindrische Radwand 11 des topfförmigen Kettenrads 1 aus Aluminium weist an ihrem freien Ende 13 eine Mindestwandstärke X auf, die etwas größer ist als die Zahneingriffstiefe Z. Vom freien Ende 13 der zylindrischen Radwand 11 erstrecken sich radial nach innen zum Radbett 4 hin über den Umfang gleichmäßig verteilte Versteifungsrippen 15, deren Wandstärke zunächst bis ungefähr über 1/3 der gesamten axialen Erstreckung der Radwand 11 quasilinear zunimmt bis auf etwa die doppelte Zahneingriffstiefe Z. Die Wandstärke der Versteifungsrippen 15 erhöht sich anschließend mit einem radialen Absatz 16 bis auf etwa die dreifache Zahneingriffstiefe Z bis zum ringförmigen Radbett 4. Zwischen den Rippen 15 sind die Köpfe der Schrauben 3 vorgesehen.
Die zylindrische Radwand 11 mit Mindestwandstärke X kragt mehr als die Breite eines Radkranzes 12 in axialer Richtung vom ringförmigen Radbett 4 an dessen äußerem Umfang frei aus, wobei die Breite eines Radkranzes 12 mindestens 5 mm beträgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2005/0051121 A1 [0003]
- DE 10303991 A1 [0004, 0004]

Claims

Modular aufgebauter Nockenwellenversteller (2) für den Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Ketten- oder Riemenrad (1), das mindestens einen radial nach außen gerichteten Radkranz (12) mit Zahneingriffstiefe Z, ein ringförmiges Radbett (4) um eine zentrale, kreisförmige Öffnung (7) und eine im wesentlichen zylindrische Radwand (11) mit einer Wandstärke X aufweist, die im wesentlichen in axialer Richtung von dem ringförmigen Radbett (4) auskragt, so dass die Radwand (11) mit dem Radbett (4) eine Topfform bildet, wobei die Mindestwandstärke X der im wesentlichen zylindrischen Radwand (11) unterhalb des mindestens einen Radkranzes (12) gleich der halben Zahneingriffstiefe Z ist dadurch gekennzeichnet, dass das topfförmige Ketten- oder Riemenrad (1) aus einem Leichtbauwerkstoff gefertigt ist und mit radial verteilten Bohrungen in dem ringförmigen Radbett (4) zur koaxialen Montage an einen Stator (5) versehen ist.
Nockenwellenversteller (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine im wesentlichen radial gerichtete Versteifungsrippe (15) vom ringförmigen Radbett (4) zur im wesentlichen zylindrischen Radwand (11) vorgesehen ist.
Nockenwellenversteller (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versteifung (14) am Umfang vom ringförmigen Radbett (4) zur Radwand (11) vorgesehen ist.
Nockenwellenversteller (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radwand (11) des topfförmigen Ketten- oder Riemenrads (1) vom äußeren Rand der dem Nockenwellenversteller (2) abgewandten Seite des ringförmigen Radbetts (4) auskragt.
Nockenwellenversteller (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Radkranz (12) im auskragenden Bereich der Radwand (11) angeordnet ist
Nockenwellenversteller (2) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (15) in einem Winkel, stufig oder mit Rundungen ausgestaltet sind.