DE10334690A1

DE10334690A1 - Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE10334690A1
Application number: DE10334690A
Authority: DE
Inventors: Angela Boeckmann-Hannibal
Original assignee: Bockmann-Hannibal Angela Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: DE10334690B4

Abstract

Um eine Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen, umfassend einen Nockenwellenversteller, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor, einen Stator mit einem Statorgehäuse und eine Nockenwelle mit Nocken aufweist, zu schaffen, mit der neben einer Reduzierung von Bauteilen gleichzeitig die Ölversorgung zwischen Rotor, Stator und Nockenwelle verbessert wird und die Einrichtung zur Nockenwellenverstellung mit einfachen Mitteln und geringem Fertigungsaufwand präzise und kostengünstig herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass ein Rotor (6) an einer Stirnfläche (9) einen längs einer Drehachse (11) des Rotors (6) gerichteten Rotorzapfen (10) aufweist, wobei innerhalb des Rotors (6) und des Rotorzapfens (10) Kanäle zur Ölzufuhr (12, 13, 14, 17, 18) vorgesehen sind und wobei der Rotorzapfen (10) des Rotors (6) in der Montagesolllage in einer vorgegebenen Tiefeneinstellung von einer Nockenwelle (20) umschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Einrichtungen zur Nockenwellenverstellung sind variable Ventilsteuersysteme, die direkt am Nockenwellenantrieb angeordnet sind und während des Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine die Winkellage zwischen der Kurbel- und der Nockenwelle verändern, indem durch eine Drehung der Nockenwelle die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile der Verbrennungskraftmaschine verändert werden. Die Einrichtungen zur Nockenwellenverstellung sind dabei Systeme, die entweder ein mechanisches oder hydraulisches Wirkprinzip insbesondere nach dem Schwenkmotorprinzip aufweisen und aus einer Vielzahl von einzelnen Bauelementen bestehen. Diese Bauelemente werden mit Gewindebolzen zusammengehalten, wobei der Nockenwellenversteller auf der Nockenwelle mittels einer Schraube an der hohl Nockenwelle befestigt wird, die auch teilweise als hohle Nockenwelle ausgebildet sein kann. Die Herstellung dieser einzelnen Bauelemente ist sehr aufwendig und teuer und bei der Fertigung dieser Bauteile muss im Einzelnen eine möglichst konstante Geometrie der Flächen eingehalten werden, was einen hohen Fertigungsaufwand bedeutet.

Aus der DE 100 27 517 A1 ist eine Einrichtung mit einer Welle und mit zumindest einer auf dieser Welle angebrachten Nabe und ein Verfahren für die Herstellung dieser Einrichtung bekannt, bei dem die Welle an zumindest einer Fügestelle durch plastische Verformung ihres Außendurchmessers aufgeweitet wird und die Nabe, die beispielsweise als Nockenscheibe, Zahnrad, Kurbelwange, Kreisexzenter ausgebildet ist, auf die Fügestelle der Welle aufgepresst wird. Aus der US 6 416 245 B1 ist eine Ausführungsform einer Nockenwelle mit umlaufenden Wellenerhebungen und der Anordnung der Naben bekannt. In der DE 199 43 833 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Nockenwellenversteller zur Nockenwellenverstellung beschrieben, bei dem eine Zuführungsvorrichtung für Hydraulikdruck als vom Zylinderkopf separates Bauteil ausgebildet ist und jede Nocken welle einen Ring aufweist, welcher einen Abschnitt der Nockenwelle umgreift, wobei jeder Ring zwei Nuten und der umgriffene Abschnitt der Nockenwelle zwei Ringnuten aufweist und jedes Nut/Ringnutpaar eines Ringes über jeweilige Hydraulikkanäle in der Nockenwelle mit einer Hydraulikkammer des an dieser Nockenwelle angeordneten Nockenwellenverstellers verbunden ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Nockenwellenverstellung so auszubilden, dass neben einer Reduzierung von Bauteilen gleichzeitig die Ölversorgung zwischen Rotor, Stator und Nockenwelle verbessert wird und dass die Einrichtung zur Nockenwellenverstellung mit einfachen Mitteln und geringem Fertigungsaufwand präzise und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Die Einrichtung zur Nockenwellenverstellung weist einen Rotor auf, an dessen Stirnfläche ein längs der Drehachse des Rotors gerichteter Rotorzapfen angeordnet ist, wobei innerhalb des Rotors und des Rotorzapfens Kanäle zur Ölzufuhr vorge sehen sind, und wobei der Rotorzapfen des Rotors in der Montagesollage bei einer vorgegebenen Tiefeneinstellung von einer Nockenwelle umschlossen ist.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Rotorzapfen des Rotors in der Montagesollage nach der Tiefeneinstellung in einer Innenbohrung der Nockenwelle befestigt, insbesondere verpresst ist.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass zur Tiefeneinstellung des Rotorzapfen in der Innenbohrung der Nockenwelle ein Spalt vorgesehen ist oder dass der Rotorzapfens in der Innenbohrung der Nockenwelle mittels eines Anschlages einstellbar ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass sowohl der Rotor mit dem Rotorzapfen als auch der Rotorzapfen in der Innenbohrung der Nockenwelle stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verklebt oder verlötet sind.

Eine ebenso vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass von dem Grundkörper des Rotors aus bis in den Rotorzapfen Längs- und Querkanäle für eine Ölzufuhr der Rotorflügel ausgebildet sind. Zusätzlich sind zur Versorgung der Nockenwelle mit Öl Kanäle für die Ölzufuhr zwischen Nockenwelle und Rotorzapfen vorgesehen.

Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform wird darin gesehen, dass die Kanäle für die Ölzufuhr als Bohrungen ausgebildet sind.

Ein bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass zur Lagerung der Nockenwelle Axiallager vorgesehen sind, die insbesondere an einer Stirnfläche eines Nockens und an einem Ansatz einer Verstellerrückwand anliegen. Die Anlageschulter eines Axiallagers kann dabei in vorteilhafter Weise auch als separates Teil ausgebildet sein und ist mit der Nockenwelle direkt fest verbunden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass der Rotor mit dem Rotorzapfen einteilig insbesondere aus Kunststoff oder Aluminium ausgebildet ist.

Eine fertigungstechnisch und festigkeitsmäßig günstige Ausbildung wird darin gesehen, dass der Rotor mit dem Rotorzapfen einteilig, vorzugsweise aus Stahl ausgebildet ist.

Als Variante ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Rotorflügel und der Rotorgrundkörper mehrteilig ausgebildet sind.

Mit dieser einfachen und fertigungstechnisch neuen Ausbildung des Rotors mit dem Rotorzapfen als Teil der Einrichtung zur Nockenwellenverstellung und dem vorzugsweise Einpressen des Rotorzapfens in die Innenbohrung der Nockenwelle, wird sowohl eine Einsparung von Bauteilen durch den Wegfall einer teuren Verschraubung des Nockenwellenverstellers auf der Nockenwelle erreicht, als auch eine kostengünstigere Fertigung des Nockenwellenverstellers für eine ein oder mehrteilige Nockenwelle aus Grauguss oder Stahl, da durch die neue Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nur noch die Verschraubung der Gehäuseteile erforderlich ist. Es können für diesen Nockenwellenversteller auch andere Materialien, wie Kunststoff eingesetzt und Verbindungs techniken, wie beispielsweise Verkleben und Verlöten angewandt werden. Ein weiterer Vorteil dieser neuen Einrichtung zur Nockenwellenverstellung besteht darin, dass durch die Ausbildung des Rotors und des Rotorzapfens und die Verbindung der Ölzufuhrkanäle im Rotor und im Rotorzapfen einerseits die Ölversorgung des Rotors verbessert wird und anderseits kann beispielsweise das eingesetzte Axiallager mit Drucköl versorgt werden, da zum Verstellen des Schwenkmotors der Motor mit Öl versorgt werden muss, um stabile Zwischenstellungen der Nockenwelle zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Nockenwellenverstellung mit einem Teil der Nockenwelle in Gesamtansicht;
2 die Einrichtung zur Nockenwellenverstellung mit einem Teil der Nockenwelle im Schnitt;
3 ein Ausführungsbeispiel eines einteilig ausgebildeten Rotors;
4 eine Anordnung des Rotors in einem Statorgehäuse.
Der in 1 und 2 dargestellte Nockenwellenversteller 1 umfasst in seinen Grundelementen eine Verstellervorderwand 2, ein Statorgehäuse 3, eine Verstellerrückwand 4 mit einem Antriebsrad in Form eines Zahnriemen- oder Kettenrades 5 und einen Rotor 6, der in dem Statorgehäuse 3 angeordnet ist. Der Rotor 6 besitzt mehrere, gleichmäßig über einen ringförmigen Rotorgrundkörper 8 verteilt angeordnete Rotorflügel 7, die radial von dem ringförmigen Grundkörper 8 abstehen. An einer nach innen gerichteten Stirnfläche 9 des Rotors 6 ist ein Rotorzapfen 10 angeordnet. Weiterhin sind im Grundkörper 8 des Rotors 6 quer zu einer Drehachse 11 des Rotors 6 mehrere Ölzulaufkanäle 12 angeordnet, die mit einem längs der Drehachse 11 verlaufenden Ölzulaufkanal 13 verbunden sind, der in den Rotorzapfen 10 hineinragt. Am Ende des Ölkanals 13 ist im Rotorzapfen 10 ein Ölkanal 14 quer zur Drehachse 11 angeordnet, der mit einer am Umfang des Rotorzapfens 10 angeordneten ersten umlaufenden Nut 15 verbunden ist. Eine in Richtung des Rotors 6 angeordneten zweite umlaufende Nut 16 ist über einen im Rotorzapfen 10 und Rotorgrundkörper 8 parallel zur Drehachse 11 außermittig verlaufenden Ölkanal 17 verbunden, der in einen senkrecht zur Drehachse 11 im Rotorgrundkörper 8 verlaufenden Ölkanal 18 mündet.
Die beschriebenen Grundelemente des Nockenwellenverstellers 1, Verstellervorderwand 2, Statorgehäuse 3 und Verstellerrückwand 4 werden an der Stirnfläche der Verstellervorderwand 2 mittels Schrauben 19 axial in bekannter Weise zusammengehalten.
Der Rotorzapfen 10 ist dabei in einer Nockenwelle 20, die mit einer Innenbohrung 21 versehen ist, beispielsweise eingepresst. Der Rotorzapfen 10 kann aber auch in anderen Ausführungsformen eingelötet oder in die Nockenwelle 20 eingeklebt werden.
Am Umfang der Nockenwelle 20 sind zwei Bohrungen 22 und 23 angeordnet, durch die zusätzlich Öl in die beiden umlaufenden Nuten 15 und 16 des Rotorzapfens 10 einströmt und durch die im Rotorzapfen 10 angeordneten Ölkanäle 13, 17 sowie die damit verbundenen Ölkanäle 12, 18 des Rotorgrundkörpers 8 fließt.
Die auf der Nockenwelle 20 vorgesehenen Nocken 24 sind vorzugsweise auf der Nockenwelle 20 aufgepresst. Eine Stirnfläche 26 eines Nockens 24 ist als Anlageschulter für ein nicht näher dargestelltes Axiallager ausgebildet. Ein an der Verstellerrückwand 4 angeordneter Ansatz 25 ist als weitere Anlagefläche eines Axiallagers ausgebildet. Die Anlageschulter kann auch in einer nicht näher dargestellten Ausführungsform als separates Teil ausgebildet sein, das mit der Nockenwelle 20 fest verbunden ist.
Beim Einpressen des Rotorzapfens 10 in die Innenbohrung 21 der Nockenwelle 20 ist ein Spalt 27 vorgesehen oder in einer anderen, nicht näher dargestellten Ausführungsform wird ein Anschlagelement eingelegt, um eine definierte Tiefeneinstellung zu erreichen.
Die in 1 und 2 dargestellte Nockenwelle 20 mit den darauf angeordneten Nocken 24 kann sowohl einteilig aus einem Guss oder zweiteilig mit aufgepressten Nocken 24 ausgebildet sein.
3 zeigt die Einzelheiten des neuen für den Nockenwellenversteller 1 ausschlaggebenden Rotors 6 mit dem Rotorzapfen 10. Der Rotor 6 mit den Rotorflügeln 7 und dem Rotorzapfen 10 kann dabei gemäß 3 einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein, d.h. der Ro tor 6 mit dem Rotorzapfen 10 kann einteilig gesintert ausgebildet sein, oder bei einer zweiteiligen Ausbildung wird der Rotorzapfen 10 im Rotorgrundkörper 8 befestigt, beispielsweise eingepresst. Rotor 6 und Rotorzapfen 10 können auch aus Kunststoff hergestellt sein.
4 zeigt den in ein Statorgehäuse 3 eingebauten Rotor 6. Das Statorgehäuse 3 weist dabei in bekannter Weise radial nach innen gerichtete nicht näher dargestellte Flügel auf, die gleichmäßig verteilt über den Innenumfang des Statorgehäuses 3 angeordnet sind. In der Montagesolllage greifen zwischen die Statorflügel des Statorgehäuses 3 die Rotorflügel 7 des Rotors 6 ein.
Zum Verstellen des Nockenwellenverstellers 1 wird der Motor mit Öl versorgt um stabile Zwischenstellungen der Nockenwelle 20 zu halten. Dazu müssen die abdichtenden Flächen zwischen dem Rotor 6 und dem Verstellervorderwand 2 sehr eng und Abweichungen der Fläche infolge der Fertigungstoleranzen sehr gering sein.

1: Nockenwellenversteller
2: Verstellervorderwand
3: Statorgehäuse
4: Verstellerrückwand
5: Zahnriemen/Kettenrad
6: Rotor
7: Rotorflügel
8: Rotorgrundkörper
9: Stirnfläche
10: Rotorzapfen
11: Drehachse
12: Ölkanal im Rotorgrundkörper
13: Ölkanal im Zapfen
14: Ölkanal im Zapfen
15: Umlaufnut im Zapfen
16: Umlaufnut im Zapfen
17: Ölkanal
18: Ölkanal im Rotorgrundkörper
19: Schraube
20: Nockenwelle
21: Innenbohrung der Nockenwelle
22: Ölzulaufbohrung
23: Ölzulaufbohrung
24: Nocken
25: Stirnfläche des Nockens
26: Ansatz der Verstellerrückwand
27: Freiraum

Claims

Einrichtung zur Nockenwellenverstellung für Verbrennungskraftmaschinen, umfassend einen Nockenwellenversteller, der mindestens ein Antriebsrad, einen Rotor, einen Stator mit einem Statorgehäuse und eine Nockenwelle mit Nocken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (6) an einer Stirnfläche (9) einen längs einer Drehachse (11) des Rotors (6) gerichteten Rotorzapfen (10) aufweist, wobei innerhalb des Rotors (6) und des Rotorzapfens (10) Kanäle zur Ölzufuhr (12,13,14,17,18) vorgesehen sind, und wobei der Rotorzapfen (10) des Rotors (6) in der Montagesollage in einer vorgegebenen Tiefeneinstellung von einer Nockenwelle (20) umschlossen ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorzapfen (10) des Rotors (6) in der Montagesollage nach der Tiefeneinstellung in einer Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) befestigt, insbesondere verpresst ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Tiefeneinstellung des Rotorzapfen (10) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) ein Spalt (27) vorgesehen ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefeneinstellung des Rotorzapfen (10) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) mittels eines Anschlages einstellbar ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) und der Rotorzapfen (10) stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verklebt sind.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) und der Rotorzapfen (10) stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verlötet sind.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorzapfen (10) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) insbesondere verklebt ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorzapfen (10) in der Innenbohrung (21) der Nockenwelle (20) insbesondere verlötet ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Grundkörper (8) des Rotors (6) aus bis in den Rotorzapfen (10) Längs- und Querkanäle (12,13,14,17,18) für eine Ölzufuhr der Rotorflügel (7) ausgebildet sind.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ölzufuhr in der Nockenwelle (20) Ölzulaufkanäle (22,23) vorgesehen sind.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzufuhrkanäle (22,23) als Bohrungen ausgebildet sind.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Nockenwelle (20) Axiallager vorgesehen sind, die insbesondere an einer Stirnfläche (26) eines Nockens (24) und an einem Ansatz (25) einer Verstellerrückwand (4) anliegen.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageschulter eines Axiallagers als separates Teil ausgebildet und mit der Nockenwelle (20) direkt fest verbunden ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) mit dem Rotorzapfen (10) einteilig, insbesondere aus Kunststoff ausgebildet ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) mit dem Rotorzapfen (10) einteilig, insbesondere aus Stahl ausgebildet ist.
Einrichtung zur Nockenwellenverstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflügel (7) und der Rotorgrundkörper (8) mehrteilig ausgebildet sind.