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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine.
Derartige Nockenwellenversteller werden eingesetzt, um die relative
Winkellage zwischen einem Antriebselement wie einem Antriebsrad,
welches über
ein Zugmittel wie eine Kette oder ein Riemen in Antriebsverbindung
mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine steht, und einem eine
Nockenwelle antreibenden Abtriebselement zu verstellen. Hierdurch
können,
beispielsweise für
eine Verbesserung der Emissionswerte, des Kraftstoffverbrauchs und
des Leistungsprofils, Steuerzeiten von Ventilbewegungen der Brennkraftmaschine
verändert
werden. Derartige Nockenwellenversteller besitzen eine Verriegelungseinheit
mit einem Verriegelungselement, welches in einer verriegelnden Betriebsstellung
eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement
herstellt. Hierdurch kann in Teilbetriebsbereichen der Brennkraftmaschine,
beispielsweise während
eines Starts der Brennkraftmaschine oder eines hydraulischen Druckabfalls
oder konstanter Leistungsanforderung, ein Stellwinkel des Nockenwellenverstellers
festlegt werden.
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Beispielsweise
kann es allerdings aufgrund von Motorstillstandszeiten dazu kommen,
dass der Nockenwellenversteller nicht mehr vollkommen mit Öl gefüllt ist.
Nach dem Neustart der Brennkraftmaschine dauert es u. U. einige
Sekunden, bis der Versteller wieder voll mit Öl gefüllt ist. In dieser Übergangszeit
kann es ohne Verriegelungseinheit zu Regelproblemen des Phasenbezugs
zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle kommen. Dies kann verschlechterte
Abgaswerte und/oder Leistungswerte hervorrufen und negative Auswirkungen
auf die Lebensdauer und Geräuschentwicklung
haben.
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Hintergrund
der Erfindung
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Aus
der Druckschrift
DE
197 55 497 A1 ist ein Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise bekannt,
bei dem das Antriebselement fest mit dem Antriebsrad verbunden ist,
während
das Abtriebselement fest mit der Nockenwelle verbunden ist. Das Abtriebselement
trägt einen
Kolben, der einseitig von einer Feder beaufschlagt ist und in entgegengesetzter
Richtung hydraulisch beaufschlagt ist. Bei einem Abfall des Hydraulikdruckes
unter einen durch die Feder vorgegebenen Schwellwert bewegt die
Feder den Kolben in Richtung des Antriebselements, so dass der Kolben
mit einem Vorsprung in Umfangsrichtung formschlüssig in eine korrespondierende Vertiefung
des Antriebselements eintritt, wodurch eine Verriegelungswirkung
erzielt wird. Die Stellbewegung ist hierbei in axialer Richtung
des Nockenwellenverstellers orientiert.
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Aus
der Druckschrift
DE
199 83 890 T1 ist ein Arretiermechanismus bekannt, mit
dem eine Rotationsbewegung eines Abtriebselements relativ zu einem
Antriebselement begrenzt werden kann. Bei diesem Arretiermechanismus
erfolgt eine radiale Bewegung eines Sperrelements.
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Aus
der Druckschrift
DE
197 24 989 A1 ist eine Bauform eines Nockenwellenverstellers
bekannt, bei der das Antriebselement eine äußere Schrägverzahnung sowie das Abtriebselement
eine innere Schrägverzahnung
aufweist und ein nach Maßgabe
einer hydraulischen Beaufschlagung axial verschiebliches Stellelement
mit den beiden vorgenannten Schrägverzahnungen
zur Erzeu gung einer Stellbewegung in Eingriff steht. Das Abtriebselement trägt einen
axial verschieblichen, federbelasteten Hydraulikkolben, welcher
eine Stirnverzahnung aufweist, die in der verriegelnden Betriebsstellung
in axialer Richtung in eine korrespondierende Verzahnung des Abtriebselements
eingebracht wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Druckschrift
DE 195 41 769 erfolgt
eine Arretierung nicht zwischen Antriebsrad und Nockenwelle, sondern
vielmehr zwischen dem vorgenannten Stellelement, welches in diesem
Fall das Abtriebselement im Sinne der Erfindung bildet, und dem
drehfest mit dem Antriebsrad verbundenen Antriebselement. Bei dieser
Arretierung weist das Stellelement einen radial hydraulisch verlagerbaren
Vorsprung auf, der in eine korrespondierende Vertiefung des Antriebselements eintreten
kann.
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Aus
der Druckschrift
DE
196 23 818 A1 ist ein Nockenwellenversteller in Flügelzellenbauweise bekannt,
bei dem in einem mit dem Antriebselement gebildeten Flügel ein
Verriegelungsstift axial verschieblich, federbelastet und hydraulisch
in axialer Richtung beaufschlagbar ist. In der verriegelnden Betriebsstellung
tritt das als Verriegelungsstift ausgebildete Verriegelungselement
in axialer Richtung mit einem Konus in eine entsprechende Ausnehmung
des Abtriebselements ein. Zwischen Antriebselement und Verriegelungselement
ist lose ein Führungsring zwischengeschaltet,
der die Führungs-
und Gleiteigenschaften zwischen Verriegelungselement und Antriebselement
beeinflussen soll.
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Aus
der Druckschrift WO 03/076771 A1 ist es bekannt, Bauteile des Nockenwellenverstellers
aus einem hochbelastbaren, nichtmetallischen Werkstoff mit wenigstens
einem hochbelastbaren Kunststoff herzustellen, wodurch Kosten vorteile
und energetische Vorteile bei der Herstellung erzielt werden sollen.
Die hochbelastbaren nichtmetallischen Werkstoffe sollen für Teile
des Stellaggregates, ein Antriebsrad, einen Stator, Abdeckungen,
Dichtringe aus einem Teil oder integral gefertigt werden. Insertteile wie
Schrauben, Muttern, Buchsen und Dichtungen u. dgl. können in
den hochbelastbaren Kunststoff eingespritzt werden, wobei auch Gewinde
unmittelbar in den Kunststoff geschnitten oder gespritzt werden
sollen.
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Aufgabe der
Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller
vorzuschlagen, der hinsichtlich
- – der Herstellungskosten,
- – des
Gewichts,
- – des
eingesetzten Materials,
- – des
Massenträgheitsmoments,
- – der
(Dauer-)Festigkeit,
- – der Übertragungssteifigkeit
und/oder
- – der
Montage
verbessert ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2–8.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass – beispielsweise
entsprechend der Druckschrift WO 03/076771 A1 – der Einsatz eines Kunststoffteils
für das
Antriebselement und/oder das Abtriebselement vorteilhaft ist. Allerdings
finden gemäß dem Stand
der Technik derartige Kunststoffteile aus schließlich Einsatz für Nockenwellenversteller,
welche keine Verriegelungseinheit aufweisen. Derartige bekannte,
nicht verriegelbare Nockenwellenversteller mit Kunststoffteilen
beruhen auf dem Vorurteil der Fachwelt, dass die im Bereich einer
Verriegelungseinheit auftretenden Kräfte von einem Kunststoffteil
nicht aufgenommen werden können,
da diese, beispielsweise infolge überhöhter Flächenpressungen oder Beanspruchungen,
zu Rissen in dem Kunststoffteil oder einem Versagen desselben führen können. Hierbei
ist zu beachten, dass die Kunststoffteile die erforderlichen mechanischen
Eigenschaften in einem breiten Temperaturbereich aufweisen müssen. Für eine Verriegelungseinheit
ist eine Reduzierung auftretender Beanspruchungen und Flächenpressungen
nicht oder nur erschwert dadurch möglich, dass die Kontaktflächen zwischen Verriegelungselement
und Antriebselement oder Abtriebselement vergrößert werden, da die Verriegelungseinheit
und das Verriegelungselement relativ kleine Dimensionen aufweisen
sollen, damit sich ein kompakt bauender Nockenwellenversteller ergibt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Lösung beruht auf dem Einsatz
mindestens eines Inserts, an dem das Verriegelungselement in der
verriegelnden Betriebsstellung zumindest in eine Stellrichtung formschlüssig zur
Anlage kommt. Damit kann für
das Insert, welches die Kontaktfläche mit dem Verriegelungselement
ausbildet, gezielt ein geeignetes Material ausgewählt werden,
beispielsweise ein Eisen, Stahl, Aluminium oder ein hochfester Kunststoff.
Das Insert kann im Bereich der genannten Kontaktflächen mit
geeigneten Bearbeitungsverfahren auf die erforderliche Beanspruchung
vorbereitet werden. Damit kann das Insert optimal auf den Kontakt
und die Übertragung
der Verriegelungskraft zwischen Verriegelungselement und Insert
vorbereitet werden. Des Weiteren kann im Bereich einer Außenfläche des
Inserts eine Übertragung
der Verriegelungskraft auf das Kunststoffteil erfolgen. Hierbei
kann die Außenfläche des
Inserts beliebig gestaltet werden, um eine optimale Übertragung
der Verriegelungskraft zu gewährleisten.
Beispielsweise kann die Außenfläche nahezu
beliebig vergrößert werden,
so dass sich eine Kontaktfläche
zwischen Insert und Kunststoffteil vergrößert. Des Weiteren kann die
Kontur der Außenfläche geeignet
für die Übertragung
der Verriegelungskraft gestaltet werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Antriebselement
handelt es sich um ein Bauelement des Nockenwellenverstellers, dessen
Bewegung mit der Antriebsbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
korreliert, während
die Bewegung des Abtriebselements mit der Bewegung der Nockenwelle der
Brennkraftmaschine korreliert. Hierbei können Antriebs- und/oder Abtriebselement
fest mit dem Antriebsrad bzw. der Nockenwelle des Nockenwellenverstellers
verbunden sein und damit dieselben Drehwinkelbewegungen ausführen wie
das Antriebsrad bzw. die Nockenwelle. Alternativ können Antriebs-
und/oder Abtriebselement mit dem Antriebsrad bzw. der Nockenwelle über eine
getriebliche Verbindung mit einer geeigneten Über- oder Untersetzung verbunden
sein. Im Zuge einer Stellbewegung des Nockenwellenverstellers wird
die relative Winkellage zwischen Antriebselement und Abtriebselement verändert.
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Die
erfindungsgemäße Verriegelungseinheit kann
in ihrer verriegelnden Betriebsstellung Antriebs- und Abtriebselement
in beide Stellrichtungen vollständig
festsetzen, ein Spiel vorgeben, eine Festlegung lediglich in eine
Stellrichtung bewerkstelligen oder aber einen Anschlag für eine Begrenzung
einer Stellbewegung darstellen.
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Eine
verbesserte Anbindung und Übertragung
der Verriegelungskraft ergibt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
wenn das Insert eine vergrößerte Erstreckung
in Richtung der Verriegelungskraft besitzt, wobei dieses eine geradlinige
Erstreckung sein kann oder eine Erstreckung in eine Umfangsrichtung
des Nockenwellenverstellers. Auf diese Weise kann die Übertragungslänge sowie
die Übertragungsfläche der
Verriegelungskraft vergrößert werden,
ohne dass hierfür
ein besonderer Einbauraum quer zur Verriegelungskraft erforderlich
ist. Unter einer vergrößerten Erstreckung
wird beispielsweise in diesem Sinne eine Erstreckung verstanden,
die länger
ist als der Durchmesser oder eine Quererstreckung des Verriegelungselements
oder eine Dimension einer Kontaktfläche zwischen Verriegelungselement
und Insert. Die vergrößerte Erstreckung
beträgt insbesonde re
mindestens das doppelte, dreifache oder vierfache der Quererstreckung
des Verriegelungselementes bzw. dessen Durchmessers.
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Gemäß einem
weiteren Vorschlag der Erfindung überträgt das Insert die Verriegelungskraft
zumindest teilweise reibschlüssig
auf das Kunststoffteil. Eine Normalkraft für einen derartigen Reibschluss kann
beispielsweise durch ein Einpressen des Inserts in das Kunststoffteil,
insbesondere unter radialer Komprimierung, über eine Querschnittsaufweitung
infolge der auftretenden Verriegelungskraft, einer elastischen Verformung
von Insert oder Kunststoffteil für
das Einsetzen des Inserts in das Kunststoffteil und/oder eine Bewegung
des Nockenwellenverstellers erzeugt werden. Ebenfalls denkbar ist, dass
das Insert über
ein Spann- oder Befestigungselement, wie beispielsweise die zentrale
Schraube zur Herstellung einer Verbindung des Nockenwellenverstellers
mit der Nockenwelle, gegen das Kunststoffteil gespannt wird, wodurch
die Normalkraft des Reibschlusses vorgegeben ist. Ein derartiger
Reibschluss hat beispielsweise Vorteile bei einer Montage, da die Verriegelungsstellung
während
der Montage feinfühlig
einstellbar ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es möglich, dass
das Insert die Verriegelungskraft zumindest teilweise formschlüssig auf
das Kunststoffteil überträgt. Durch
eine derartige formschlüssige
Verbindung kann zunächst
die relative Lage des Inserts gegenüber dem Kunststoffteil bereits
konstruktiv vorgegeben werden, wodurch feinfühlige Einstellarbeiten während einer
Montage vermieden werden können.
Weiterhin stellt eine formschlüssige Übertragung
der Verriegelungskraft zwischen Insert und Kunststoffteil eine besonders
steife, u. U. spielfreie und zuverlässige Übertragung der Verriegelungskraft
sicher.
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Das
Insert kann lösbar
mit dem Kunststoffteil zu einem Antriebs- oder Abtriebselement verbunden sein.
Ein integrales Antriebs- oder Abtriebselement kann dadurch gebildet
werden, dass das Insert und das Kunststoffteil stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Der Stoffschluss kann in Form eines Klebstoffes
erzeugt werden. Alternativ kann das Kunststoffteil auf das Insert
aufgespritzt werden, wodurch ein kostengünstiges und einfaches Herstellungsverfahren
gegeben ist bei gleichzeitig guter Anbindung zwischen Insert und
Kunststoffteil.
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Vorzugsweise
weist das Insert äußere Verzahnungen,
Vorsprünge,
Rippen oder Ausnehmungen auf, die formschlüssig in korrespondierende Gegenverzahnungen,
Vorsprünge,
Rippen oder Ausnehmungen des Kunststoffteils eintreten. Hierdurch werden
Kraftübertragungsflächen geschaffen,
die vorzugsweise quer zur Richtung der Verriegelungskraft orientiert
sind und eine gute Kraftübertragung mit
niedrigen Flächenpressungen
gewährleisten.
Für den
Fall, dass das Insert eine große
Erstreckung in Richtung der Verriegelungskraft bzw. Umfangsrichtung
aufweist, können
bei kompakter Bauweise mehrere Zähne
der Verzahnungen, Vorsprünge,
Rippen oder Ausnehmungen in Richtung der Verriegelungskraft hintereinander
geschaltet angeordnet werden.
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Vorteilhaft
kann es weiterhin sein, wenn sich das Insert über einen Umfangswinkel von
50° bis 300° erstreckt.
Hierdurch können
die Wirkflächen
von formschlüssigen
Verbindungen weiter vergrößert werden
und/oder die Fläche
von reibschlüssigen Kontakten
kann über
den Umfangswinkel erstreckt werden. Für derart große Umfangswinkel
und eine Ausbildung des Inserts und des Kunststoffteils mit korrespondierenden
Verzahnungen liegt grundsätzlich
eine Verzahnung des Inserts zunächst
infolge der endlichen Fertigungsgenauigkeiten lediglich im Bereich
eines Zahns oder weniger Zähne
an der entsprechenden Gegenverzahnung des Kunststoffteiles an. Der
Erfindung liegt diesbezüglich
die Erkenntnis zugrunde, dass Kunststoff einen relativ niedrigen E-Modul
aufweist, so dass mit einer auch nur geringfügigen Verriegelungskraft die
Zahl der kontaktierenden Zähne
ansteigt, so dass die Kraft auf eine große Kontaktfläche und
viele Zähne
aufgeteilt wird, wodurch die Lebenserwartung der Verzahnung aus Kunststoff
deutlich erhöht
werden kann. Für
eine Ausbildung einer reibschlüssigen
Verbindung zwischen Insert und Kunststoffteil kann die übertragbare Reibkraft
nach Maßgabe
des Umschlingungswinkels und der elastischen Verformung des Inserts
signifikant vergrößert werden.
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Nach
einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist das Insert als Kreisringscheibe
ausgebildet, die für
sich genommen bereits eine steife, geschlossene Ringstruktur darstellt.
Die Kreisringscheibe weist einen axialen oder radialen Vorsprung,
eine Verzahnung o. ä.
oder eine Vertiefung auf, die zumindest in eine Umfangsrichtung
formschlüssig
mit einem Vorsprung oder einer entsprechenden Vertiefung des Kunststoffteils
zusammenwirkt. Durch die formschlüssige Verbindung kann zunächst die
Montage des Inserts gegenüber
dem Kunststoffteil vorgegeben werden, so dass eine Fehlmontage ausgeschlossen
ist. Weiterhin wird durch den Kontakt zwischen Vorsprung und Vertiefung
eine zuverlässige Übertragung
der Verriegelungskraft gewährleistet. Von
dieser Ausgestaltung ist ebenfalls eine unrunde Außengeometrie
des kreisringscheibenförmigen
Inserts umfasst, die in eine korrespondierende Innengeometrie des
Kunststoffteils einsetzbar ist.
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Bei
dem Kunststoff kann es sich beispielsweise um einen Duroplast handeln.
Allerdings st auch der Einsatz anderer Kunststoffarten denkbar.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
und den zugehörigen
Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
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1 einen
Nockenwellenversteller gemäß dem Stand
der Technik in einem Längsschnitt;
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2 einen
erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller
mit einem Insert in einem Querschnitt;
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3 das
Insert des Nockenwellenverstellers gemäß 2;
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4 eine
alternative Ausgestaltung eines Inserts für einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller;
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5 einen
Nockenwellenversteller mit einer weiteren Ausführungsform eines Inserts, welches sich über einen
Umfangswinkel von ungefähr
270° erstreckt;
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6 das
Insert des Nockenwellenverstellers gemäß 5;
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7 einen
Nockenwellenversteller mit einem kreisringscheibenförmigen Insert
im Querschnitt;
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8 den
Nockenwellenversteller gemäß 7 im
Halbschnitt in räumlicher
Darstellung;
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9 das
kreisringscheibenförmige
Insert gemäß 7 und 8 in
räumlicher
Darstellung;
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10 einen
geschnittenen Nockenwellenversteller in räumlicher Darstellung und
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11 den
Nockenwellenversteller gemäß 10 in
einem Halbquerschnitt.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller in beliebiger Bauart,
beispielsweise in Flügelzellenbauart,
Axialkolbenbauart oder mit einem Dreiwellengetriebe bzw. als Exzentergetriebe,
wobei die Stellbewegung vorzugsweise auf Basis eines hydraulischen
Stellaggregates oder eines elektrischen Stellaggregates herbeigeführt wird.
In den Figuren wird lediglich beispielhaft ein Nockenwellenversteller in
Flügelzellenbauweise
dargestellt.
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Ein
Nockenwellenversteller 1 besitzt ein Antriebsrad 2,
welches über
ein Zugmittel in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle einer
Brennkraftmaschine steht. Ein Gehäuse 3 des Nockenwellenverstellers 1 ist
fest an das Antriebsrad 2 angebunden und besitzt im Wesentlichen
einen U-förmigen Halbquerschnitt
mit einem Grundschenkel 4, der eine radial nach außen geschlossene
Mantelfläche
bildet sowie zwei parallele, sich von dem Grundschenkel 4 radial
nach innen erstreckende Seitenschenkel 5, 6. Radial
innenliegend sind in dem Gehäuse 3 mit
dem U-förmigen
Halbquerschnitt Kammern 7 gebildet, die in Umfangsrichtung
durch radial nach innen ragende Fortsätze oder Flügel 8 des Gehäuses 3 begrenzt sind,
radial nach außen
durch den Grundschenkel 4 sowie in axialer Richtung 10–10 durch
die Seitenschenkel 5, 6. Der Seitenschenkel 5 bzw.
das Gehäuse 3 mit
dem starr mit diesem verbundenen Antriebsrad 2 bildet ein
Antriebselement 9.
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Relativ
zu dem Antriebselement 9 ist in dem Gehäuse 3 um eine Längsachse 10–10 begrenzt
verdrehbar ein Abtriebselement 11 gelagert. Das Abtriebselement 11 ist
durch eine zentrische, axial orientierte Bohrung 12 mit
einer Nockenwelle, die Einlass- und/oder Auslassventilen zugeordnet
ist, verbunden. Das Abtriebselement 11 besitzt einen zylinderförmigen Grundkörper 13,
von dem sich radial nach außen
in die Kammern 7 Flügel 14 erstrecken. In
Umfangsrichtung beidseits der Flügel 14 sind Druckkammern 15, 16 gebildet,
die jeweils unterschiedlichen Stellrichtungen des Nockenwellenverstellers
zugeordnet sind. Die Druckkammern 15, 16 sind
in axialer Richtung durch die Seitenschenkel 5, 6 geschlossen
und in dem in 2 dargestellten Querschnitt
durch die mit dem Grundschenkel 4 gebildete Innenfläche des
Gehäuses,
die äußere Mantelfläche des
Grundkörpers 13,
den Flügel 14 sowie den
Flügel 8.
Das Volumen der Druckkammern 15, 16 ist im Zuge
der Stellbewegung des Nockenwellenverstellers 1 dadurch
veränderlich,
dass sich der Abstand der Flügel 8, 14 in
Umfangsrichtung verändert.
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1 zeigt
eine Verriegelungseinheit 17, die in der dargestellten
verriegelnden Betriebsstellung die relative Drehwinkellage zwischen
Antriebselement 9 und Abtriebselement 11 um die
Längsachse 10–10 verriegelt
oder festlegt. Hierzu besitzt die Verriegelungseinheit 17 ein
Verriegelungselement 18, welches im vorliegenden Fall als
Stift 19 ausgebildet ist. Der Stift 19 ist entlang einer
Achse, die parallel zur Längsachse 10–10 orientiert
ist, verschieblich in einer Bohrung 20 des Abtriebselements 11 geführt. Während in
der nicht verriegelten Betriebsstellung der Verriegelungseinheit 17 der
Stift vollständig
in dem Abtriebselement angeordnet ist, ist in der in 1 dargestellten
verriegelnden Betriebsstellung der Stift 19 in axialer
Richtung aus dem Abtriebselement 11 ausgefahren, so dass
sich dieser mit einem vorderen Bereich 21 in eine korrespondierende Sacklochbohrung 22 des
Antriebselements 9, insbesondere des Seitenschenkels 5,
erstreckt. Die Bohrung 20 ist in dem der Sacklochbohrung 22 gegenüberliegenden
Endbereich verschlossen. Der Stift 19 besitzt eine zentrische
Bohrung 23, die sich von dem der Sacklochbohrung 22 gegenüberliegenden
Ende des Stifts 19 zentrisch in diesen erstreckt.
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Über eine
hydraulische Verbindung 24 ist eine Druckkammer 16 hydraulisch
mit der Stirnfläche des
vorderen Bereichs 21 des Stifts 19 verbunden,
so dass ein hydraulischer Druck in der Druckkammer 16 den
Stift 19 in Richtung der nicht verriegelnden Betriebsstellung
beaufschlagt. In der Sacklochbohrung 23 des Stifts 19 erstreckt
sich eine Druckfeder 25, die in einem Endbereich an dem
Stift 19 abgestützt
ist sowie in dem gegenüberliegenden
Endbereich an dem Grund der Bohrung 20 abgestützt ist.
Für einen Druckabfall
in der Druckkammer 16 und damit der hydraulischen Verbindung
sowie im Bereich der Stirnfläche
des vorderen Bereichs 21 beaufschlagt die Druckfeder 25 den
Stift 19 in Richtung der verriegelnden Betriebsstellung,
in der der Stift 19 in die Sacklochbohrung 22 eintritt.
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Weitere
Details zur prinzipiellen Funktionsweise eines Nockenwellenverstellers 1 sind
der Druckschrift WO 01/02703 A1 der Anmelderin zu entnehmen.
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Gemäß 2 ist
in dem Antriebselement 9 ein Insert 26 angeordnet,
in dieses eingebracht oder eingesteckt, welches im Detail in 3 dargestellt ist.
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Das
Insert 26 besitzt eine ungefähr kreisringsegmentförmige Geometrie
mit einer kreissegmentförmigen
bzw. teilzylinderförmigen
Innenkontur 27, einer konzentrischen teilkreisförmigen bzw.
teilzylinderförmigen
Außenkontur 28 so wie
radial orientierten bzw. quer zu den Konturen 27, 28 orientierte
Stirnflächen 29, 30.
Die Außenkontur 28 ist
mit einer Verzahnung 31 versehen, die mit Zähnen mit
einer beliebigen der an sich bekannten Zahngeometrien, hier Trapezzähnen, versehen
ist. Das Insert 26 ist in Blickrichtung gemäß 2 in
das Abtriebselement 11 eingesetzt und erstreckt sich in
Umfangsrichtung um die Längsachse 10–10.
Für ein
derartiges Einsetzen besitzt das Abtriebselement 11 eine
Ausnehmung 33, deren Querschnitt korrespondierend zur Innenkontur 27,
Außenkontur 28 und
Stirnfläche 30 ausgebildet ist.
Die Verzahnung 31 ist in Eingriff mit einer korrespondierenden
Verzahnung des Abtriebselements 11. In Umfangsrichtung
stützt
sich das Verriegelungselement 18 an der Stirnfläche 29 des
Inserts 26 ab, wobei die Mantelfläche des vorderen Bereichs 21 des Stiftes 19 zur
Anlage an der Stirnfläche 30 kommt.
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Abweichend
zu der Ausführungsform
des Inserts 26 gemäß 3 kann
die Stirnfläche 29 zur Vergrößerung der
Kontaktfläche
mit dem vorderen Bereich 21 entsprechend dem Verriegelungselement,
bspw. gekrümmt,
ausgebildet sein. Alternativ kann das Insert im Bereich der Stirnfläche über eine Bohrung
vertikal zur Zeichenebene gemäß 3 verfügen, so
dass ein "Auge" gebildet ist, in
welches der Stift 19 eintritt, so dass die Bohrung den
Stift 19 vollständig
umgibt und eine Kontaktfläche
in mehrere Richtungen bereitstellt. Das Insert 26 ist in
Umfangsrichtung gegenüberliegend
zur hydraulischen Verbindung 24 angeordnet.
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4 zeigt
eine alternative Ausgestaltung des Inserts 26a, für welche
die Innenkontur 27 ebenfalls mit einer Verzahnung 32 versehen
ist, die in Eingriff mit einer geeigneten Gegenverzahnung des Abtriebselements 11 kommen
kann. Für
die in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
erstreckt sich das Insert 26, 26a über einen
Umfangswinkel von zwischen 45° und
90°, insbesondere
zwischen 50° und
70°.
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Eine
alternative Ausgestaltung des Inserts 26b ist in den 5 und 6 dargestellt.
Das Insert 26b erstreckt sich in diesem Fall über einen
Umfangswinkel von ungefähr
270°. Ein
derartiges Insert 26b kann im Bereich der Innen- und/oder Außenkontur 27b, 28b ebenfalls über eine
Verzahnung 31b, 32b verfügen. In den 5 und 6 ist
allerdings ein Insert 26b ohne eine derartige Verzahnung
ausgebildet. In dem der Stirnfläche 29b gegenüberliegenden
Endbereich besitzt das Insert 26b im Bereich der Innenkontur 27b eine
radiale Ausnehmung 34, in die ein korrespondierender Vorsprung
des Abtriebselements 11 eintritt, um das Insert 26b gegen
eine Verschiebung in Umfangsrichtung zu sichern. Wird das Insert 26b mit
einer Verriegelungskraft durch den Stift 19 beaufschlagt,
so kann es bei einer elastischen Ausbildung des Inserts 26b und/oder
des Abtriebselements 11 zu einer Anlage des Inserts 26b im
Bereich der Außenkontur 28b und/oder
im Bereich der Innenkontur 27b an die Begrenzung der Ausnehmung 33 kommen,
wodurch die Sicherung des Inserts 26 durch auftretende
Reibkräfte
unterstützt wird.
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7 bis 9 zeigen
ein Insert 26c, welches im Wesentlichen in Form einer Kreisringscheibe mit
einem ungefähr
rechteckförmigen
Halbquerschnitt 35 gebildet ist. In diesem Fall weist das
Insert 26c die hydraulische Verbindung 24c auf,
die in die Druckkammer 16 mündet und im gegenüberliegenden
Endbereich den Stift 19 beaufschlagt. Das Insert 26c umgibt
den vorderen Bereich 21 des Stifts 19 in der verriegelnden
Betriebsstellung vollständig.
Weiterhin kann das Insert 26c im Bereich der äußeren Mantelfläche 36 eine
Vertiefung oder Ausnehmung 37 besitzen, die in eine korrespondierende
Nase des Abtriebselements 11 eingreift zur Verdrehsicherung des
Inserts 26c und/oder zur Gewährleistung einer fehlerfreien
Montage des Inserts 26c.
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10 und 11 zeigen
die Beaufschlagung des Stifts 19 mit einem Hydraulikmittel über eine
zentrale Bohrung 38 des Nockenwellenverstellers 1 und
einen radial orientierten Seitenkanal 39, der die Bohrung 38 hydraulisch
mit der Stirnfläche des
Stifts 19 verbindet.
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Gemäß dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Seitenschenkel 5, welcher das Antriebselement 9 bildet,
nicht integral mit weiteren Bauteilen des Gehäuses 3 gebildet, sondern
als eine Art Dichtdeckel ausgebildet, welcher im vorliegenden Fall
aus Kunststoff besteht und das Insert 26 auf nimmt. Bei
dem Abtriebselement 11 handelt es sich vorzugsweise um
ein Bauteil aus Metall. Günstig
ist der Einsatz eines Werkstoffes, welcher einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten
als der eingesetzte Kunststoff besitzt. Durch ein derartiges Material
erhält
man speziell bei einer Kunststoffeinheit bestehend aus einem Antriebsrad,
einem Stator, einem Deckel in Form des Seitenschenkels 5 günstige Druckeigenspannungen
bei höheren
Betriebstemperaturen in dem Übergangsbereich
zwischen Stator und Deckel. Dies ist wichtig, da Kunststoffe nur
sehr geringe Zugfestigkeiten im Vergleich zur Druckfestigkeit zulassen,
speziell bei Einsatz eines Duroplasts. Man kann sich auf diese Weise
scheinbar negative unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zunutze machen.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
die Druckeigenspannungen durch ein Verspannen der Bauteile während der
Montage erzeugt werden.
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Bei
dem Insert handelt es sich vorzugsweise aus einem Stahlteil, ein
Sinterteil, ein Hartmetallteil oder um ein Keramikbauteil. Für den Fall,
dass das Insert als Kreisringscheibe ausgebildet ist, ist es möglich, dass
dieses über
die zentrale Schraube des Nockenwellenverstellers oder über ein
anderes Verbindungselement wie eine Schraube auf das Kunststoffteil
gezogen wird. Diese Anwendung ist für hohe Beanspruchungen geeignet
und nutzt zur gleichmäßigen Lasteinleitung
des Verriegelungselements die Kontaktfläche und den Reibkoeffizienten
zwischen Kunststoff und Insert aus. Die Leistungsfähigkeit
dieser Kombination wird durch den Verbund zwischen Verschlussschraube
und Verbindungselement und Insert verstärkt, bei dem der Kunststoff
als Sandwich zwischen den beiden Reibpartnern liegt.
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Gehäuse
- 4
- Grundschenkel
- 5
- Seitenschenkel
- 6
- Seitenschenkel
- 7
- Kammer
- 8
- Flügel
- 9
- Antriebselement
- 10
- Längsachse
- 11
- Abtriebselement
- 12
- Bohrung
- 13
- Grundkörper
- 14
- Flügel
- 15
- Druckkammer
- 16
- Druckkammer
- 17
- Verriegelungseinheit
- 18
- Verriegelungselement
- 19
- Stift
- 20
- Bohrung
- 21
- Vorderer
Bereich
- 22
- Sacklochbohrung
- 23
- Sacklochbohrung
- 24
- Hydraulische
Verbindung
- 25
- Druckfeder
- 26
- Insert
- 27
- Innenkontur
- 28
- Außenkontur
- 29
- Stirnfläche
- 30
- Stirnfläche
- 31
- Verzahnung
- 32
- Verzahnung
- 33
- Ausnehmung
Abtriebselement
- 34
- Ausnehmung
Insert
- 35
- Halbquerschnitt
- 36
- Mantelfläche
- 37
- Ausnehmung
- 38
- Bohrung
- 39
- Seitenkanal