DE102012008609A1

DE102012008609A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102012008609A1
Application number: DE201210008609
Authority: DE
Inventors: Uwe Elfers
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung, wobei der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, die Herstellungskosten einer bekannten Nockenwellenverstellvorrichtung zu reduzieren, ohne dabei die Funktionalität einzuschränken. Eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung betrifft die Nockenwelle eines Verbrennungsmotors mit einem Welle-in-Welle-System (12), welches eine erste Welle (14) und eine koaxial zu der ersten Welle (14) angeordnete zweite Welle (16) umfasst, wobei die erste Welle (14) funktional mit einer ersten Gruppe von Nocken verbunden ist und die zweite Welle (16) funktional mit einer zweiten Gruppe von Nocken verbunden ist. Ferner ist eine Phasenverstellung zwischen der ersten Welle (14) und der zweiten Welle (16) mittels eines drehfest mit der ersten Welle (14) verbundenen Rotors (22) und eines hydraulisch mit dem Rotor (22) gekoppelten Stators (20) vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ferner folgende Elemente: a) ein drehfest mit dem Stator (20) verbundenes erstes Antriebselement (17), b) ein drehfest mit der zweiten Welle (16) gekoppeltes zweites Antriebselement (39), c) wobei das erste Antriebselement (17) und das zweite Antriebselement (39) gemeinsam antreibbar sind, wobei d) mit Hilfe eines Torsionselements (43) ein Spannverband zwischen der ersten Welle (14) und der zweiten Welle (16) sowie zwischen dem ersten Antriebselement (17) und dem zweiten Antriebselement (39) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung.
Aus DE 10 2010 005 607 A1 ist eine als Nockenwellen-Phasenversteller bezeichnete Nockenwellenverstellvorrichtung für konzentrische Nockenwellen bekannt. Diese weist eine Torsionsfeder auf, die einerseits mit einem Impulsgeberrad und andererseits mit einem Kettenrad verbunden ist.
Aus US 5,775,279 A ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung bekannt, bei welcher eine Torsionsfeder einerseits mit einem Rotor und andererseits mit einer mit dem Gehäuse verbundenen Seitenplatte verbunden ist.
Aus DE 100 37 942 A1 ist eine als Drehphasensteuervorrichtung bezeichnete Nockenwellenverstellvorrichtung bekannt. Diese Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst eine Kupplung, welche wahlweise in einen Haltezustand, in dem eine Relativdrehung zwischen einem Rotor und der Nockenwelle in mindestens einer Drehrichtung möglich ist oder einen Ausrückzustand versetzt wird, in dem eine Relativdrehung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle in mindestens einer Drehrichtung gesperrt ist.
Aus DE 195 31 616 A1 ist ein Verstellantrieb für eine Nockenwelle bekannt, mit welchem die Nockenwellen-Drehphase über ein Paar axial beabstandeten, ringförmigen vorderen und hinteren Zahnrädern veränderbar ist, die zwischen koaxial angeordneten treibenden und getriebenen Gliedern angeordnet sind und mit diesen in Eingriff stehen.
Aus WO 2006/018080 A1 ist ein elektromotorischer Nockenwellenversteller bekannt. Dieser weist zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gegenüber der Kurbelwelle ein Dreiwellengetriebe auf, das ein kurbelwellenfestes, als Ketten- oder Zahnriemenrad ausgebildetes Antriebsrad und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil sowie eine Verstellwelle aufweist. Dabei ist die Verstellwelle mit dem Rotor eines elektrischen Verstellmotors drehfest verbunden und dessen Stator an dem Verbrennungsmotor befestigt.
Aus der Praxis sind ferner Nockenwellenverstellvorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten einer derartigen Nockenwellenverstellvorrichtung zu reduzieren, ohne dabei die Funktionalität einzuschränken.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung ist für eine Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor mit einem Welle-in-Welle-System vorgesehen. Das Welle-in-Welle-System umfasst eine erste Welle und eine koaxial zu der ersten Welle angeordnete zweite Welle, wobei die erste Welle funktional mit einer ersten Gruppe von Nocken verbunden ist und wobei die zweite Welle funktional mit einer zweiten Gruppe von Nocken verbunden ist. Es ist eine Phasenverstellung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle mittels eines drehfest mit der ersten Welle verbundenen Rotors und eines hydraulisch mit dem Rotor gekoppelten Stators vorgesehen. Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung umfasst ferner folgende Elemente:

a) ein drehfest mit dem Stator verbundenes erstes Antriebselement,
b) ein drehfest mit der zweiten Welle gekoppeltes zweites Antriebselement,
c) wobei das erste Antriebselement und das zweite Antriebselement gemeinsam antreibbar sind, wobei
d) mit Hilfe eines Torsionselements ein Spannverband zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle sowie zwischen dem ersten Antriebselement und dem zweiten Antriebselement gebildet ist.

Die erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung hat den Vorteil, dass mit Hilfe des durch das Torsionselement gebildeten Spannverbandes in besonders effizienter Art und Weise zwei Aufgaben gelöst werden, die nachfolgend noch näher beschrieben werden.
Zum einen wird die Phasenverstellung durch die Verspannung des Rotors zum Stator in einer Verstellrichtung unterstützt, so dass sich in dieser Verstellrichtung die Verstellgeschwindigkeit erhöht. Da prinzipbedingt die hydraulisch veranlasste Verstellgeschwindigkeit zwischen Stator und Rotor in einer Richtung geringer ist, wird das Torsionselement vorzugsweise so eingesetzt, dass eine Kompensation erfolgt, so dass sich eine möglichst geringe Differenz in den Verstellgeschwindigkeiten ergibt.
Zum anderen wird das erste Antriebselement gegenüber dem zweiten Antriebselement verspannt, so dass sich bei einem gemeinsamen Antrieb der beiden Antriebselemente über ein weiteres Antriebselement akustische Vorteile dadurch ergeben, dass einem Spiel zwischen den Antriebselementen durch den Spannverband entgegengewirkt wird. Dieser Vorteil ist besonders groß, wenn als Antriebselemente Zahnräder zum Einsatz kommen.
In einer praktischen Ausführungsform kommen als erstes Antriebselement und/oder als zweites Antriebselement Zahnräder zum Einsatz. Zahnräder ermöglichen eine kostengünstige, effiziente und langlebige Kraftübertragung.
In einer besonders praktischen Ausführungsform ist das erste Antriebselement ein erstes Zahnrad und das zweite Antriebselement ein zweites Zahnrad, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad den gleichen Außendurchmesser und die gleiche Außenverzahnung aufweisen. In diesem Fall können das erste und das zweite Zahnrad mit einem (breiteren) dritten Zahnrad kämmen, das gleichzeitig den Antrieb des ersten Zahnrads und den Antrieb des zweiten Zahnrads übernimmt.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist das Torsionselement an dem Rotor festgelegt, in axialer Richtung durch das erste Antriebselement hingeführt und an dem zweiten Antriebselement festgelegt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass an dem Rotor, an dem ersten Antriebselement und/oder an dem zweiten Antriebselement Öffnungen zur Aufnahme des Torsionselement vorgesehen sind, wobei unter Öffnungen insbesondere Sacklöcher und Durchgangslöcher verstanden werden, die ohne nennenswerte Mehrkosten und ohne Erhöhung der Masse des jeweiligen Bauteils einbringbar sind.
Besonders geeignet ist es, wenn an dem ersten Antriebselement eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die es ermöglicht, das Torsionselement funktional wirkend durch das Antriebselement hindurchzuführen. An dem Rotor und dem zweiten Antriebselement sind vorzugsweise Sacklöcher angeordnet, um die durch die Öffnungen verursachte Materialschwächung gering zu halten. Es ist jedoch auch möglich, an diesen Elementen Durchgangsöffnungen vorzusehen, sofern dies die geometrische Gestaltung zulässt. In diesem Fall können ggf. Herstellungskosten eingespart und/oder die Masse der jeweiligen Elemente weiter reduziert werden.
Als Torsionselement besonders geeignet sind Verdrehfedern, deren Auswahl und Dimensionierung vom Einzelfall abhängt und dem Fachmann obliegt.
Die Anordnung des Torsionselements kann besonders einfach und kostengünstig erfolgen, wenn dieses auf der ersten Welle und/oder in einem in dem Stator ausgebildeten Sitz angeordnet ist.
Eine praktische Ausführungsform und weitere Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung in einer Schnittdarstellung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung 10 mit einem Welle-in-Welle-System 12 umfassend eine erste Welle 14 (Innenwelle) und eine koaxial zu der ersten Welle 14 angeordnete zweite Welle 16 (Außenwelle). Jede Welle ist funktional mit einer zugeordneten Gruppe von nicht dargestellten Nocken verbunden.
Ein als erstes Antriebselement 17 dienendes erstes Zahnrad 18 ist drehfest mit einem Stator 20 verbunden. Der Stator 20 ist über nicht dargestellte Elemente (z. B. ein Flügelrad und entsprechende Druckkammern) in bekannter Art und Weise hydraulisch mit einem Rotor 22 gekoppelt.
Der Stator 20 besteht aus einem linken Element 30, einem mittleren Element 32 und einem rechten Element 34, die über gestrichelt dargestellte Senkkopfschrauben 36 miteinander zu einer Einheit verbunden sind. Die erste Welle 14 ragt durch eine Öffnung in dem rechten Element des Stators 34 in den Stator 20 hinein.
Der Rotor 22 ist drehfest mit der ersten Welle 14 (Innenwelle) verbunden. Dies erfolgt über einen Schraubverband zwischen einer Zentralschraube 24, die in ein in der ersten Welle 14 (Innenwelle) ausgebildetes Innengewinde 26 eingreift. Zwischen dem Kopf 28 der Zentralschraube 24 und der ersten Welle 14 (Innenwelle) sind der Rotor 22 und eine Ölverteilungsbuchse 38 eingeklemmt.
Die zweite Welle 16 ist mit einem als zweites Antriebselement 39 dienenden zweiten Zahnrad 40 drehfest verbunden. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Verbindung über eine Schweißnaht 42 entlang des Umfangs.
Der Rotor 22 und das zweite Zahnrad 40 sind über eine als Torsionselement 43 dienende Verdrehfeder 44 funktional miteinander verbunden. Die Verdrehfeder 44 ist mit einem nicht dargestellten Ende in einer nicht dargestellten, in dem Rotor 22 ausgebildeten Öffnung gegen, Verdrehen festgelegt. Sie ist über mehrere Windungen, auf der ersten Welle 14 von innen und von einem in dem rechten Element 34 des Stators 20 ausgebildeten Sitz 46 von außen geführt bzw. positioniert und weist ferner einen linearen Bereich 48 auf, der durch eine in dem rechten Element 34 des Stators 20 ausgebildete Durchgangsöffnung 50 hindurchgeführt ist. Mit dem anderen Ende 52 ist die Verdrehfeder 44 in einer in dem zweiten Zahnrad 40 ausgebildeten Öffnung 54 festgelegt.
Soweit zu den vorstehend genannten drehfesten Verbindungen keine weiteren Angaben gemacht wurden, können diese über Presspassungen, Nut-Feder-Verbindungen, Schweißverbindung oder auf sonstige bekannte Art und Weise erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der zuständige Fachmann kann im Rahmen der Ansprüche und im Rahmen seines Fachwissens abweichende Ausführungsformen kreieren.
Bezugszeichenliste

10: Nockenwellenverstellvorrichtung
12: Welle-in-Welle-System
14: erste Welle (Innenwelle)
16: zweite Welle (Außenwelle)
17: erstes Antriebselement
18: erstes Zahnrad
20: Stator
22: Rotor
24: Zentralschraube
26: Gewinde (in der ersten Welle)
28: Kopf der Zentralschraube
30: linkes Element des Stators
32: mittleres Element des Stators
34: rechtes Element des Stators
36: Senkkopfschraube
38: Ölverteilungsbuchse
39: zweites Antriebselement
40: zweites Zahnrad
42: Schweißnaht
43: Torsionselement
44: Verdrehfeder
46: Sitz
48: linearer Bereich
50: Durchgangsöffnung im ersten Zahnrad
52: Ende
54: Öffnung im zweiten Zahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010005607 A1 [0002]
US 5775279 A [0003]
DE 10037942 A1 [0004]
DE 19531616 A1 [0005]
WO 2006/018080 A1 [0006]

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung für die Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor mit einem Welle-in-Welle-System (12), wobei das Welle-in-Welle-System (12) eine erste Welle (14) und eine koaxial zu der ersten Welle (14) angeordnete zweite Welle (16) umfasst, wobei die erste Welle (14) funktional mit einer ersten Gruppe von Nocken verbunden ist und wobei die zweite Welle (16) funktional mit einer zweiten Gruppe von Nocken verbunden ist, wobei eine Phasenverstellung zwischen der ersten Welle (14) und der zweiten Welle (16) mittels eines drehfest mit der ersten Welle (14) verbundenen Rotors (22) und eines hydraulisch mit dem Rotor (22) gekoppelten Stators (20) vorgesehen ist und die Vorrichtung ferner folgende Elemente umfasst: a) ein drehfest mit dem Stator (20) verbundenes erstes Antriebselement (17), b) ein drehfest mit der zweiten Welle (16) gekoppeltes zweites Antriebselement (39), c) wobei das erste Antriebselement (17) und das zweite Antriebselement (39) gemeinsam antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass d) mit Hilfe eines Torsionselements (43) ein Spannverband zwischen der ersten Welle (14) und der zweiten Welle (16) sowie zwischen dem ersten Antriebselement (17) und dem zweiten Antriebselement (39) gebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (43) an dem Rotor (22) festgelegt ist, in axialer Richtung durch das erste Antriebselement (17) hingeführt und an dem zweiten Antriebselement (39) festgelegt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rotor (22), an dem ersten Antriebselement (17) und/oder an dem zweiten Antriebselement (39) Öffnungen (50; 54) zur Aufnahme des Torsionselements (43) vorgesehen sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebselement (17) und/oder das zweite Antriebselement (39) ein Zahnrad (18; 40) ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebselement (17) ein erstes Zahnrad (18) ist und das zweite Antriebselement (39) ein zweites Zahnrad (40) ist, wobei das erste Zahnrad (18) und das zweite Zahnrad (40) den gleichen Außendurchmesser und die gleiche Verzahnung aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (43) eine Verdrehfeder (44) ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stator (20) ein Sitz (46) für das Torsionselement (43) ausgebildet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (43) auf der ersten Welle (14) angeordnet ist.