DE102009005114A1

DE102009005114A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102009005114A1
Application number: DE102009005114A
Authority: DE
Inventors: Inhwa Chung; Craig Dupuis
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20090188456A1; US7987829B2

Abstract

Die erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung weist einen inneren Federhalter (9) auf, welcher formschlüssig mit einem Rotor (4) in Eingriff steht, und einen äußeren Federhalter (12), der an einem Federdeckel (10) befestigt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Nockenwellenverstellvorrichtungen, insbesondere Flügelzellen-Nockenwellenverstellvorrichtungen, durch die unter Verwendung eines Stators und eines Rotors das Winkelverhältnis zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verändert werden kann, wobei der Rotor innerhalb des Stators aufgenommen ist und eine Verstellung der relativen Winkellage zwischen Rotor und Stator durch ein Druckmittel bewerkstelligt wird.
Hintergrund der Erfindung
Flügelzellen-Nockenwellenversteller, zuweilen auch Phasenversteller genannt, werden konventionell zur Verstellung des Winkelverhältnisses zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verwendet. Derartige Vorrichtungen weisen einen innerhalb eines Stator aufgenommenen Rotor auf, wobei der Rotor mit Flügeln versehen ist, welche radial in Druckkammern des Stators hinein ragen und die Druckkammern teilen. Ein Druckmittel wird gegen eine der Seiten der Druckkammer gepumpt, um den Rotor relativ zum Stator zu verschieben. Dieses Verschieben sorgt für eine Winkelverstellung der Nockenwelle im Bezug auf die Kurbelwelle und für eine Justierung der Öffnungs- und Schließzeiten verschiedener durch die Nockenwelle gesteuerter Ventile.
Um den Rotor wieder zurück in eine Ruhe- oder Ausgangsstellung zu verschieben, finden manchmal auch Federn Anwendung. Häufig verwendete Schraubenfedern sind mittig am Rotor angeordnet, wobei ein Ende der Feder am Rotor befestigt ist und das andere Ende der Feder durch Stifte, Bolzen oder durch ein Gießverfahren an einem Deckel des Stators befestigt ist. Schraubenfedern sind nicht in der Lage eine große Anzahl von Lastzyklen mit einem hohen Vordrehmoment zu widerstehen. Zudem gestaltet sich der Einsatz von Schraubenfedern in Motoren mit hoher Nockenwellenreibung schwierig.
Eine andere Art von Federn, die verwendet worden sind, stellen flache, Spiraldrehfedern dar. Typischerweise wurden diese Spiraldrehfedern am Rotor und am Stator mittels Stifte oder Schrauben befestigt. Es hat sich in der Vergangenheit aber gezeigt, dass diese Stifte bzw. Schrauben problematisch sein können, da sie oft bei der Befestigung der Verstellvorrichtung an die Nockenwelle durch einen zentralen Bolzen abscherten. Folglich besteht ein Bedarf an zuverlässigen Federhaltern, die sich für den Einsatz mit Spiraldrehfedern eignen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, neuartige Federhalter für Nockenwellenverstellvorrichtungen zu schaffen, welche Drehfedern verwenden. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die Gestaltung der für Flügelzellen-Nockenwellenversteller bestimmten Federhalter zu vereinfachen.
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung leichter zu verstehen sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass innere und äußere Federhalter vorgesehen sind, wobei der innere Federhalter eine Schulter aufweist, die formschlüssig in eine Halteausnehmung im Rotor eingreift, um den Rotor am inneren Federhalter festzulegen, und wobei der äußere Federhalter an einer Innenwand einer Federabdeckscheibe befestigt ist, und diese Federabdeckscheibe zu einer gemeinsamen Abdeckscheibe von Stator und Rotor beabstandet und an ihr befestigt ist. Durch diese Anordnung kann auf die in der Vergangenheit gewöhnlich zur Befestigung des einen Endes der Feder an den Rotor verwendeten Stifte und Bolzen verzichtet werden, während gleichzeitig eine wirksame Art der Anbringung der Drehfeder in einer Nockenwellenverstellvorrichtung geschaffen ist.
In allgemeinen Zügen kann die Erfindung als eine Nockenwellenverstellvorrichtung zum Verändern eines Winkelverhältnisses zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine definiert werden, wobei diese Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
einen Stator und einen darin aufgenommenen Rotor, der durch ein Druckmittel in Umfangsrichtung relativ zum Stator verstellt werden kann, wobei der Rotor mit einer Nockenwelle verbindbar ist;
eine vordere Abdeckscheibe und eine hintere Abdeckscheibe, zwischen welchen der Stator und der Rotor aufgenommen sind, wobei die hintere Abdeckscheibe mit einem mit der Kurbelwelle verbindbaren Kettenrad versehen ist und die vordere und hintere Abdeckscheiben am Stator befestigt sind;
eine von der vorderen Abdeckscheibe axial beabstandete und an dieser befestigte Federabdeckscheibe;
einen zwischen der Federabdeckscheibe und der vorderen Abdeckscheibe angeordneten inneren Federhalter, wobei dieser am Rotor befestigt ist;
einen zwischen der Federabdeckscheibe und der vorderen Abdeckscheibe angeordneten äußeren Federhalter, wobei dieser an der Federabdeckscheibe befestigt ist; und
eine zwischen der Federabdeckscheibe und der vorderen Abdeckscheibe angeordnete Drehfeder, die ein inneres, mit dem inneren Federhalter in Eingriff stehendes Federende und ein äußeres, mit dem äußeren Federhalter in Eingriff stehendes Federende aufweist, wobei die Drehfeder derart ausgebildet ist, dass sie den Rotor relativ zum Stator drehen kann.
Bevorzugt ist der äußere Federhalter an einer radial äußeren Stelle an einer Innenwand der Federabdeckscheibe angeordnet und befestigt, und der innere Federhalter an einer radial inneren Stelle angeordnet und durch eine radiale Schulter am Rotor befestigt ist, wobei diese Schulter sich durch die vordere Abdeckscheibe hindurch erstreckt und formschlüssig mit einer Halteausnehmung des Rotors verbunden ist.
Vorzugsweise weist der äußere Federhalter zwei radial gerichtete Stiele auf, die an einer radial äußeren Stelle an einer Innenwand der Federabdeckscheibe befestigt sind. Die beiden radial gerichteten Stiele sind vorteilhaft in derselben Viertelkreisfläche der Federabdeckscheibe angeordnet.
Weiterhin bevorzugt weist der innere Federhalter eine zylindrisch ausgebildete, in axialer Richtung gerichtete Schulter auf, die mit drei sich radial erstreckenden Vorsprüngen formschlüssig in drei sich ebenfalls radial erstreckenden Vertiefungen an der Halteausnehmung des Rotors eingreift.
Vorzugsweise ist die Halteausnehmung am Rotor in axialer Richtung orientiert an einer äußeren Seitenwand des Rotors angeordnet und zur vorderen Abdeckscheibe hin offen. Die vordere Abdeckscheibe weist ihrerseits eine Öffnung auf, deren Größe der radialen Abmessung der Halteausnehmung angepasst ist, und der innere Federhalter weist eine radiale Schulter auf, die sich durch die Öffnung hindurch in den vorderen Deckel erstreckt und formschlüssig mit der Halteausnehmung verbunden ist. Um einen Eingriff der Schulter des inneren Federhalters mit der Haltausnehmung zu ermöglichen, greifen die radialen Vorsprünge der Schulter in die radialen Vertiefungen der Halteausnehmung ein.
Bevorzugt weist der Federdeckel radiale Abstandshalter auf, so dass die Federabdeckscheibe von der vorderen Abdeckscheibe beabstandet angeordnet ist. Diese radialen Abstandshalter führen vorteilhaft auch zur Entstehung eines Kanals, durch den sich Bolzen für die Verbindung der Federabdeckplatte mit dem Rest der Vorrichtung erstrecken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis dieser und weiterer Merkmale der Erfindung wird auf eine oder mehrerer der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
1 eine Außenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
3 eine Darstellung der inneren und äußeren Federhalter, und
4 eine Darstellung der Halteausnehmung am Rotor.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung, die durch einen Befestigungsbolzen 2 an einer Nockenwelle 1 befestigt ist. Ausgehend von einer Vorderseite der Vorrichtung erstreckt sich der Bolzen 2 durch eine hintere Abdeckscheibe 3, einen Rotor 4, eine vordere Abdeckscheibe 6, einen inneren Federhalter 9 und eine Federabdeckscheibe 10.
Ein Kettenrad 27 verbindet die Vorrichtung durch einen Kettenantrieb auf bekannte Weise mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Das Kettenrad 27 ist Teil der hinteren Abdeckscheibe 3.
Ein Stator 5 und die vordere Abdeckscheibe 6 sind durch Bolzen 7 mit der hinteren Abdeckscheibe 3 verbunden. Der Rotor 4 ist teilweise drehbar innerhalb von Druckkammern, die durch den Stator 5, die vordere Abdeckscheibe 6 und die hintere Abdeckscheibe 3 begrenzt sind. Erst durch diese teilweise Drehbarkeit wird die Veränderung des Winkelverhältnisses zwischen der Nockenwelle 1 und der Kurbelwelle ermöglicht. Auf bekannte Weise wird Druckmittel in die Druckkammern des Stators 5 geleitet, um somit die Winkelverschiebung des Rotors 4 relativ zum Stator 5 zu bewerkstelligen.
Um die Rückstellung des Rotors 4 in eine Ruhe- oder Ausgangsstellung zu erreichen, wird eine Drehfeder 8 verwendet. Die Drehfeder 8 ist um einen inneren Federhalter 9 gelagert und zwischen der Federabdeckscheibe 10 und der vorderen Abdeckscheibe 6 positioniert. Der Federhalter 9 ist axial zwischen der Federabdeckscheibe 10 und der vorderen Abdeckscheibe 6 angeordnet. Der Federhalter 9 ist am Rotor 4 befestigt. Bolzen 11 werden verwendet, um die Federabdeckscheibe 10 mit der vorderen Abdeckscheibe 6, dem Stator 5 und der hinteren Abdeckscheibe 3 zu verbinden.
Die Figuren zeigen einen mit einem ersten Stiel 13 und einem zweiten Stiel 14 versehenen äußeren Federhalter 12. Der erste und der zweite Stiel 13, 14 sind radial ausgerichtet und an der vorderen Abdeckscheibe 6 befestigt.
Die Drehfeder 8 weist ein inneres Federende 15 und ein äußeres Federende 16 auf. Wie in 3 dargestellt, ist das innere Federende 15 in Eingriff mit dem inneren Federhalter 9 und das äußere Federende 16 in Eingriff mit dem Federhalter 12 des Rotors.
Wie weiterhin deutlich aus 3 erkennbar, sind der erste Stiel 13 und der zweite Stiel 14 in einer und derselben Viertelkreisfläche 17 angeordnet, so dass das äußere Federende 16 der Drehfeder 8 festsitzend gehalten ist.
Der innere Federhalter 9 weist eine Schulter 18 auf, die axial von dem inneren Halter 9 ausgeht und eine zylindrische, zur Halteausnehmung 19 des Rotors komplementäre Schulter bildet. Wie in 2 dargestellt, geht von einem fernen Ende der Schulter 18 eine radiale Lippe 23 aus, die ebenfalls komplementär zu einem Teil der Halteausnehmung 19 des Rotors ist. Um den inneren Federhalter 9 mit dem Rotor 4 formschlüssig zu verbinden, greifen radiale Vorsprünge 25 der Schulter 18 formschlüssig in radiale Vertiefungen 26 der Halteausnehmung 19 des Rotors ein. Wie in 3 und 4 dargestellt, ist die bevorzugt Anzahl von Vorsprüngen 25 und der radialen Vertiefungen 26 jeweils 3.
Die vordere Abdeckscheibe 6 weist eine Öffnung 20 auf, durch die die Schulter 18 durch die vordere Abdeckscheibe 6 hindurch ragen kann.
An einer Innenwand der Federabdeckscheibe 10 befestigte Abstandshalter 21 führen zur Entstehung eines axialen Abstands in Form eines Federspalts 22 zwischen der vorderen Abdeckscheibe 6 und der Federabdeckscheibe 10.
Für die Befestigung der Vorrichtung an die Nockenwelle 1 ist in der Federabdeckscheibe 10 eine Öffnung 24 vorgesehen, durch die der Bolzen 2 durch die Federabdeckscheibe 10 hindurch erstrecken kann. Ein Kopf 28 des Bolzens 2 drückt sich fest gegen die radiale Lippe 23, so dass der innere Federhalter 9 in axialer Richtung am Rotor 4 festgelegt ist.
Wie dargestellt ist die Drehfeder 8 vorzugsweise eine flache Spiraldrehfeder. Bevorzugt wird die Federabdeckscheibe 10 an der vorderen Abdeckscheibe 6, dem Stator 5 und der hinteren Abdeckscheibe 3 durch Bolzen 11 befestigt.

1: Nockenwelle
2: Axialer Zentralbolzen
3: Hintere Abdeckscheibe
4: Rotor
5: Stator
6: Vordere Abdeckscheibe
7: Bolzen
8: Drehfeder
9: Innerer Federhalter
10: Federabdeckscheibe
11: Bolzen
12: Äußerer Federhalter
13: Erster Stiel
14: Zweiter Stiel
15: inneres Federende
16: Äußeres Federende
17: Viertelkreisfläche
18: Schulter
19: Halteausnehmung, Rotor
20: Öffnung, vordere Abdeckung
21: Abstandhalter
22: Federspalt
23: Radiale Lippe
24: Öffnung, Federabdeckscheibe
25: Radialer Vorsprung
26: Radiale Vertiefungen
27: Kettenrad
28: Kopf

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung zum Verändern eines Winkelverhältnisses zwischen einer Nockenwelle (1) und einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei diese Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: a. einen Stator (5) und einen darin aufgenommenen Rotor (4), der durch ein Druckmittel in Umfangsrichtung relativ zum Stator (5) verstellt werden kann, wobei der Rotor (4) mit der Nockenwelle (1) verbindbar ist; b. eine vordere Abdeckscheibe (6) und eine hintere Abdeckscheibe (3), zwischen welchen der Stator (5) und der Rotor (4) aufgenommen sind, wobei die hintere Abdeckscheibe (3) des Stators (5) mit einem mit der Kurbelwelle verbindbaren Kettenrad (27) versehen ist und die vordere und hintere Abdeckscheiben (6, 3) am Stator (5) befestigt sind; c. eine von der vorderen Abdeckscheibe (6) axial beabstandete und an dieser befestigte Federabdeckscheibe (10); d. einen zwischen der Federabdeckscheibe (10) und der vorderen Abdeckscheibe (6) angeordneten inneren Federhalter (9), wobei dieser am Rotor (4) befestigt ist; e. einen zwischen der Federabdeckscheibe (10) und der vorderen Abdeckscheibe (6) angeordneten äußeren Federhalter (12), wobei dieser an der Federabdeckscheibe (10) befestigt ist; und f. eine zwischen der Federabdeckscheibe (10) und der vorderen Abdeckscheibe (6) angeordnete Drehfeder (8), die ein inneres, mit dem inneren Federhalter (9) in Eingriff stehendes Federende (15) und ein äußeres, mit dem äußeren Federhalter (12) in Eingriff stehendes Federende (16) aufweist, wobei die Drehfeder (8) derart ausgebildet ist, dass sie den Rotor (4) relativ zum Stator (5) drehen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Federhalter (12) an einer radial äußeren Stelle an einer Innenwand der Federabdeckscheibe (10) angeordnet und befestigt ist, und der innere Federhalter (9) an einer radial inneren Stelle angeordnet und durch eine radiale Schulter (18) am Rotor befestigt (4) ist, wobei diese Schulter (18) sich durch die vordere Abdeckscheibe (6) hindurch erstreckt und formschlüssig mit einer Halteausnehmung (19) des Rotors (4) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (8) eine flache Spiraldrehfeder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Federhalter (12) zwei radial gerichtete Stiele aufweist (13, 14), die an einer radial äußeren Stelle an der Federabdeckscheibe (10) befestigt sind, wobei die beiden Stiele (13, 14) in derselben Viertelkreisfläche angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) in einer axialen, äußeren Seitenwand eine Halteausnehmung (19) aufweist, welche zur vorderen Abdeckscheibe (6) hin offen ist, wobei die vordere Abdeckscheibe (6) eine Öffnung (20) aufweist, deren radiale Größe der radialen Abmessung der Halteausnehmung (19) angepasst ist, und wobei der innere Federhalter (9) eine radiale Schulter (18) aufweist, die sich durch die Öffnung (20) im vorderen Deckel (6) hindurch erstreckt und formschlüssig mit der Halteausnehmung (19) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federabdeckscheibe (10) durch Bolzen (11), welche sich durch sie hindurch erstrecken, an der vorderen Abdeckscheibe (6), am Stator (5) und an der hinteren Abdeckscheibe (3) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federabdeckscheibe (10) radiale Abstandshalter (21) aufweist, welche an einer Innenwand der Federabdeckscheibe (10) befestigt sind und durch die sich Bolzen zur Befestigung der Federabdeckscheibe (10) an der vorderen Abdeckscheibe (6) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Raum zwischen der Federabdeckscheibe (10) und der vorderen Abdeckscheibe (6) einen Federspalt darstellt, welcher ohne radiale Wände ausgebildet und offen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer, zentraler Bolzen (2) die Vorrichtung mit der Nockenwelle (1) verbindet, wobei dieser axiale, zentrale Bolzen (2) einen Kopf (28) aufweist, der den inneren Federhalter (9) axial gegen den Rotor (4) drückt, wobei die hintere Abdeckscheibe (3) eine Öffnung zur Aufnahme der Nockwelle (1) aufweist, welche einen Durchgang für den axialen Bolzen (2) bildet, so dass die Vorrichtung an die Nockenwelle (1) befestigt werden kann und die Nockenwelle (1) in Kontakt mit dem Rotor (4) kommen kann, und wobei die Federabdeckscheibe (10) eine axiale, zentrale Öffnung (24) aufweist, durch die der Kopf (28) des Bolzens (2) sich hindurch erstrecken kann und in Kontakt mit dem inneren Federhalter (9) kommen kann.