Nockenwellenversteller-Anordnung sowie Nockenwellenversteller

Beschreibung Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenversteller-Anordnung umfassend eine Nockenwelle und einen Rotor für einen Nockenwellenversteller. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Nockenwellenversteller, umfassend einen Rotor und einen Stator, die koaxial angeordnet sind und relativ zueinander beweglich sind.

Hintergrund der Erfindung In Brennkraftmaschinen, insbesondere in benzinbetriebenen Kraftfahrzeugmotoren, werden zur Betätigung der so genannten Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nocken der Nockenwellen liegen für gewöhnlich an Nockenfolgern an, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den No- ckenfolgen ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken sind somit sowohl die Öffnungsdauer als auch die Öffnungsamplitude, aber auch die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile festgelegt. Die Winkelverschiebung der Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle zur Erzielung optimierter Steuerzeiten für verschiedene Drehzahl- und Lastzustände wird als Nockenwellenverstellung bezeichnet. Eine konstruktive Variante eines Nockenwellenverstellers arbeitet beispielsweise nach dem so genannten Schwenkmotorprinzip. Hierbei sind ein Stator und ein Rotor vorgesehen, die koaxial liegen und relativ zueinander beweglich sind. Der Stator und der Rotor bilden zusammen Hydraulik- oder Druckkammern. Ein Kammerpaar ist hierbei jeweils von Stegen des Stators begrenzt und durch einen jeweiligen Flügel des Rotors in zwei zueinander gegenläufige Kammern unterteilt, deren Volumina durch eine Relativ-Drehbewegung des Rotors zum Stator gegenläufig verändert werden. In der maximalen Verstellposition liegt der jeweilige Flügel an einem der randseitigen Stege des Stators an. Die Relativ-Drehbewegung des Rotors erfolgt durch eine Verstellung des Flügels, indem ein Hydraulikmedium, wie z.B. Öl, über Radialkanäle in die Kammern eingeleitet wird und den Flügel wegdrückt. Mit der Verstellung des Rotors wird die an den Rotor befestigte Nockenwelle beispielsweise Richtung Früh, d.h. einem früheren Öffnungszeitpunkt der Gaswechselventile, verstellt. Mit Verstellung des Rotors in entgegengesetzter Richtung wird die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle Richtung Spät, d.h. einem späteren Öffnungszeitpunkt der Gaswechselventile, verstellt. Das Hydraulikmedium wird dabei z.B. über eine zentrale Ölzuführung, die durch eine Zentralbohrung zur Aufnahme einer Zentralschraube zur Befestigung des Rotors an der Nockenwelle gebildet ist, in die Radialkanäle eingeleitet. Die Verbindung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle ist in der Regel kraftschlüssig und erfolgt über die Zentralschraube. Nachteilig bei dieser Ausführung ist jedoch, dass ein hohes Anzugsmoment der Schraube erforderlich ist. Zudem steht im Bereich des Schraubenkopfs der Zentralschraube relativ wenig Platz zur Verfügung, so dass der Zugang zum Schraubenkopf erschwert ist, was das Anziehen der Zentralschraube noch problematischer macht.

Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines Nockenwellen- verstellers auf eine Nockenwelle zu vereinfachen. Lösung der Aufgabe

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Nockenwellenversteller- Anordnung, umfassend eine Nockenwelle und einen Rotor für einen Nocken- wellenversteller, der über ein Befestigungselement in einer Zentralbohrung drehfest an der Nockenwelle montiert ist, wobei zwischen der Nockenwelle und dem Rotor mittels eines Spannsatzes eine reibschlüssige Verbindung ausgebildet ist. Der Spannsatz besteht aus zwei oder mehreren Elementen. Mittels des Spannsatzes entsteht aus der axialen Vorspannkraft einer Spannschraube eine radiale Kraftkomponente, welche die Elemente des Spannsatzes verspannt und somit eine Pressung sowohl auf die Nockenwelle als auch auf den Rotor im Bereich der Verbindung erzeugt. Diese Pressung führt zu so großer Reibung an der Nockenwelle und am Rotor, dass beide fest verbunden sind und somit sich Drehmomente übertragen lassen. Beim Montieren des Rotors eines Nocken- wellenverstellers auf einer Nockenwelle über den Spannsatz wird eine kostengünstige, einstellbare und demontierbare reibschlüssige Verbindung geschaffen. Dabei ist die zum Anziehen des Befestigungselements, das insbesondere eine Zentralschraube ist, erforderliche Kraft reduziert. Durch den Spannsatz ist eine einfache rotative Positionierung und Ausrichtung des Nockenwellenverstel- lers zur Nockenwelle möglich. Erst wenn der Nockenwellenversteller in die passende Ausrichtung gegenüber der Nockenwelle gebracht ist, werden die Elemente des Spannsatzes gegen die Nockenwelle und den Rotor angepresst, so dass eine rotationsfeste Verbindung hergestellt ist. Für Wartungszwecke oder Reparaturen lässt sich diese Verbindung leicht lösen und nachher wieder herstellen.

Die Anzahl der Verbindungselemente ist minimiert, indem der Spannsatz be- vorzugt ein zweiteiliger Spannsatz ist und einen inneren Kegelring sowie einen äußeren Kegelring umfasst. Jeder der Kegelringe weist eine Kegelfläche auf, wobei die Kegelflächen derart gestaltet sind, dass sich der innere und der äußere Kegelring axial fügen lassen. Durch eine oder mehrere Schrauben in axialer Richtung werden die Kegelflächen der beiden Kegelringe zum Spannen aufeinander zu gezogen.

Gemäß einer bevorzugten Variante sind die beiden Kegelringe über das Befes- tigungselement am Rotor gegeneinander verspannt. Somit entfällt insbesondere die Notwendigkeit weitere Spannschrauben zu verwenden, sondern die Kegelringe werden mit Hilfe des Befestigungselements, das ohnehin im Nockenwel- lenversteller vorhanden ist, aufeinander zu gezogen. Das Befestigungselement ist symmetrisch zu den Kegelringen des Spannsatzes angeordnet, wodurch bei seinem Anziehen eine gleichmäßige Kräfteverteilung im Spannsatz erfolgt. Dadurch, dass das Anzugsmoment des Befestigungselements aufgrund des Spannsatzes reduziert ist im Vergleich zu dem Fall, in dem kein Spannsatz vorgesehen ist, kann das Befestigungselement schwächer ausgestaltet werden, welche Ausgestaltung eine Kostenreduzierung zur Folge hat sowie den Zugang mit kleineren Montagewerkzeugen ermöglicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante ist an einer der Nockenwelle zugewandten Seite des Rotors eine kreisrunde Aufnahme für den Spannsatz ausgebildet, die eine radiale Vergrößerung der Zentralbohrung ist. Die Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Rotor erfolgt im Bereich der Zentralbohrung, daher wird auch der Spannsatz in diesem Bereich eingesetzt. Für den Spannsatz ist ein zusätzlicher Einbauraum erforderlich und dieser Einbauraum wird konstruktiv am einfachsten geschaffen, indem die Zentralbohrung stirnseitig radial vergrößert wird, um die Elemente des Spannsatzes aufnehmen zu können.

Der Spannsatz lässt sich ist besonders leicht einbauen, wenn die Elemente des Spannsatzes locker auf der Nockenwelle bzw. in der Aufnahme im Rotor liegen. Vor diesem Hintergrund weist nach einer bevorzugten Variante ein Durchmes- ser der Aufnahme ein Übermaß gegenüber einem äußeren Durchmesser des äußeren Kegelrings auf und ein Innendurchmesser des inneren Kegelrings weist ebenfalls ein Übermaß gegenüber einem Durchmesser der Nockenwelle im Bereich der Verbindung mit dem Rotor auf. Vor dem Anziehen der einen oder mehreren Spannschrauben bzw. des Befestigungselements, wenn dieses als Spannschraube wirkt, lässt sich der Rotor leicht auf der Nockenwelle drehen und somit in eine gewünschte Position und Orientierung gegenüber der Nockenwelle bringen. Erst beim Anziehen der Spannschrauben bzw. des Befesti- gungselements wird eine Pressung auf die Nockenwelle und auf den Rotor in radialer Richtung erzeugt, so dass die Nockenwelle und der Rotor drehfest miteinander verbunden sind.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch einen Nockenwellen- versteller, umfassend einen Rotor und einen Stator, die koaxial angeordnet sind und relativ zueinander beweglich sind, wobei der Rotor eine Zentralbohrung für ein Befestigungselement zum Befestigen des Rotors an einer Nockenwelle aufweist und wobei stirnseitig am Rotor eine kreisrunde Aufnahme für einen Spannsatz ausgebildet ist, die eine radiale Vergrößerung der Zentralbohrung ist.

Die in Bezug auf die Nockenwellenversteller-Anordnung bereits angegebenen Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf den Nockenwel- lenversteller zu übertragen.

Bevorzugt umfasst der Spannsatz einen äußeren Kegelring und einen inneren Kegelring, wobei ein Durchmesser der Aufnahme ein Übermaß gegenüber einem äußeren Durchmesser des äußeren Kegelrings aufweist. Vorteilhafterweise umfasst der Nockenwellenversteller ein Befestigungselement, insbesondere eine Zentralschraube zum Anschrauben des Rotors an einer Nockenwelle, wobei der Spannsatz über das Befestigungselement verspannt ist. Durch den Einsatz des Befestigungselements bzw. der Zentralschraube als Spannschraube sind insbesondere keine weiteren Spannschrau- ben erforderlich. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung eine Nockenwellenversteller-

Anordnung, bei der ein Spannsatz zum Verbinden eines Rotors mit einer Nockenwelle vorgesehen ist, und

Fig. 2 die Nockenwellenversteller-Anordnung gemäß Fig. 1 im zusammengebauten Zustand.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Eine Nockenwellenversteller-Anordnung 2 gemäß Fig. 1 und 2 umfasst eine Nockenwelle 4 und einen Rotor 6 für einen hier nicht näher gezeigten Nocken- wellenversteller, der drehfest an der Nockenwelle 4 montiert ist. Der Nocken- wellenversteller ist durch einen hier nicht dargestellten Stator ergänzt, der konzentrisch im den Rotor 6 angeordnet ist.

Der Rotor 6 weist eine Zentralbohrung 8 auf. An der Nockenwelle 4 ist ein axial vorstehender zylindrischer Ansatz 10 ausgebildet, der im zusammengebauten Zustand in die Zentralbohrung 8 eingeführt ist. Der Ansatz 10 ist im Wesentlichen hohl und weist ein Innengewinde 12 auf. Die Befestigung des Rotors 6 an der Nockenwelle 4 erfolgt über ein Befestigungselement, das hierbei eine Zentralschraube 14 ist, die in den hohlen Ansatz 10 eingeschraubt wird. Das Anzugsmoment der Zentralschraube 14 wird reduziert, indem die kraftschlüssige Verbindung durch den Einsatz von einem Spannsatz 16 zu einer kraft- und reibschlüssigen Verbindung wird. Der Spannsatz 16 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem inneren Kegelring 18 und einem äußeren Kegelring 20. Der Innenring 1 8 bildet durch seine Außenfläche eine erste kegelige Ringfläche 22a, während der Außenring 20 auf seiner Innenseite eine korrespondierende zweite kegelige Ringfläche 22b aufweist. Die Zentralbohrung 8 ist an einer der Nockenwelle 4 zugewandten Stirnseite des Rotors 6 radial vergrößert, so dass eine Aufnahme 24 für den Spannsatz 16 ausgebildet ist. Ein Durchmesser D _R der Aufnahme 24 weist ein Übermaß gegenüber einem Außendurchmesser D _A des äußeren Kegelrings 20, so dass der äußere Kegelring 20 mit Spiel in der Aufnahme 24 eingelegt wird . Zudem ist ein Innendurchmesser Di des inneren Kegelrings 18 mit einem Übermaß gegenüber einem Durchmesser DN des Ansatzes 10 der Nockenwelle 4 ausgebildet, so dass der innere Kegelring 18 mit Spiel auf dem Ansatz 10 aufgesetzt ist. Vor dem Anziehen der Zentralschraube 14 ist somit eine genaue Orientierung des Rotors 6 in Bezug auf die Welle 4 möglich, wenn der Rotor 6 bereits auf dem Ansatz 10 aufgesteckt ist.

Beim Anziehen der Zentralschraube 14 entstehen axiale Kräfte, die in dem inneren und dem äußeren Kegelring 18, 20 eine radiale Komponente haben. Dabei schrumpft der innere Kegelring 18 zum Ansatz 1 0 hin und der äußere Ke- gelring 20 weitet sich zum Rotor 6 auf, so dass eine Pressung auf die Nockenwelle 4 und den Rotor 6 erzeugt wird. Dies führt zu einer Reibung an der Nockenwelle 4 und dem Rotor 6, so dass die Nockenwelle 4 und der Rotor 6 drehfest miteinander verbunden werden. Dank der reibschlüssigen Verbindung über den Spannsatz 16 ist eine Reduzierung des erforderlichen Anzugsmoments der Zentralschraube 14 erreicht. Die in Fig. 2 gezeigte Verbindung zwischen der Nockenwelle 4 und dem Rotor 6 zeichnet sich außerdem durch ihre leichte Demontage in Störungs- oder Wartungsfällen aus. Liste der Bezugszahlen

2 Nockenwellenverstell-Anordnung

4 Nockenwelle

6 Rotor

8 Zentralbohrung

10 Ansatz

12 Gewinde

14 Zentralschraube

16 Spannsatz

18 innerer Kegelring

20 äußerer Kegelring

22a, b kegelige Ringflächen

24 Aufnahme

DA Durchmesser des äußeren Kegelrings

Di Durchmesser des inneren Kegelrings

D Durchmesser des Ansatzes

DR Durchmesser der Aufnahme