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Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 einen Schwenkmotorversteller.
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Die nicht vorveröffentlichte
DE 10 2009 048 238.5-13 betrifft bereits einen Schwenkmotorversteller mit einem Stator und einem Rotor, innerhalb dessen ein Federadapter vorgesehen ist, der drehfest mit dem Rotor verpresst ist. Dieser Federadapter weist eine radial ausgerichtete Aufnahmevertiefung auf, in die ein radial inneres Ende einer Spiralfeder eingreift. Das radial äußere Ende der Spiralfeder ist abgewinkelt und gegenüber dem Stator umfangsmäßig abgestützt.
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Die ebenfalls nicht vorveröffentlichte
DE 102009 035 233.3-13 zeigt in
5 einen Schwenkmotorversteller mit einem Stator und einem Rotor, innerhalb dessen ein Blechumformteil vorgesehen ist. Eine Zentralschraube verspannt den Rotor axial gegen die Nockenwelle. Das Blechumformteil zentriert dabei den Rotor gegenüber der Nockwelle. Das Blechumformteil weist eine durchgehende Ausnehmung auf, in die ein radial inneres Ende einer Spiralfeder eingreift. Das radial äußere Ende der Spiralfeder ist drehfest und formschlüssig am Stator abgestützt.
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Aus der
DE 101 25 498 A1 und der
DE 103 33 850 B4 sind bereits gebaute Nockenwellen mit einem Nockenwellenversteller bekannt. Spiralfedern sind bei diesen nicht vorgesehen.
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Die
DE 199 62 981 A1 betrifft einen Schwenkmotorversteller, der einen Stator und einen Rotor umfasst. Dieser Rotor ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Radial innerhalb des Rotors ist eine Druckmittel-Führungshülse vorgesehen. Eine Spiralfeder ist nicht vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Nockenwellenversteller zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem Vorteil der Erfindung ist der Nockenwellenversteller als Schwenkmotorversteller ausgeführt. Ein solcher Schwenkmotorversteller baut flach. Die Spiralfeder wird erfindungsgemäß radial innen vom Rotor gehalten, der dazu Fortsätze aufweist, die durch eine nicht zentrische Öffnung in der Statorwand greifen.
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Die Öffnung kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eine geschlossene Außenkontur aufweisen. Damit werden Leckageverluste gering gehalten. Denn die geschlossene Außenkontur ermöglicht es, die Öffnung kleinstmöglich zu halten. Somit ist auch die Menge des Hydraulikfluids, das aus den Hydraulikkammern in den Spalt zwischen dem Rotor und der Statorwand nach außen drängt, sehr gering.
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Um die Öffnung überdies möglichst klein zu halten, kann sie in besonders vorteilhafter Weise bogenförmig sein, wobei der Mittelpunkt des Bogens dann auf der Zentralachse des Schwenkmotorverstellers liegt.
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An dem Fortsatz oder weiteren Fortsätzen kann in besonders vorteilhaften Ausgestaltungen ein Kopf vorgesehen sein, der die Spiralfeder an der Statorwand hält. Damit wird die Reibung zur Federdämpfung erhöht. Auch ist die Spiralfeder gegen Verlieren gesichert, so dass beispielsweise auf einen Federdeckel versichtet werden kann.
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Es können mehrere Fortsätze vorgesehen sein, die die Spiralfeder führen. Diese Fortsätze können Windungen der Spiralfeder zur weiteren Dämpfung aneinander reibend andrücken.
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Die Fortsätze können in besonders vorteilhafter Weise als kostengünstige Stifte ausgeführt sein. Dabei können die Köpfe kostengünstig rotationssymmetrisch ausgeführt sein. Damit ist es möglich, die Stifte mit Köpfen als Drehteile zu fertigen oder sogar ähnlich Nägeln als geschnittenen und gestauchten Draht zu fertigen.
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Die Spiralfeder kann beispielsweise aus einem Federdraht mit rundem Profil bestehen. Wird die Spiralfeder hingegen mit einem rechteckigen Profil gefertigt, so kann sie mit besonders geringen Toleranzen gefertigt werden. So kann der rechteckige Draht der Spiralfeder besonders gut von einer Spannvorrichtung gegriffen werden und anschließend der Federarm gemäß
DE 10 2008 048 386.9-13 abgewinkelt werden. Damit ist es dann möglich die Spiralfeder an diesem abgewinkelten Federarm mit einer Spannvorrichtung weiter zu halten und die Feder auf ein exaktes Maß zu wickeln. Beispielsweise ein runder Draht wäre hier schwer mit einer Spannvorrichtung zu greifen, da ein solcher runder Draht nur reibschlüssig und nicht formschlüssig zu greifen ist. Die Wicklung erfolgt dabei im Wesentlichen um die Zentralachse der Spiralfeder. Dabei ist die Spiralfeder jedoch nicht exakt gleichmäßig gewickelt, da einige der Windungen der Spiralfedern aneinander anliegen sollen, so dass ein Reibmoment erzeugt wird, das ein Aufschwingen der Spiralfeder verhindert. Dieses somit dämpfend wirkende Reibmoment kann insoweit infolge des rechteckigen Profils ebenfalls genau eingestellt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das rechteckige Profil der Spiralfeder nicht quadratisch und steht „hochkant” auf der Seitenebene. Somit ist die Spiralfeder in besonders vorteilhafter Weise am abgewinkelten Bereich in der steiferen Richtung gebogen. Damit ist dieser abgewinkelte Bereich zum einen im Betrieb des Schwenkmotorverstellers auch schwerer aufzubiegen. Zum anderen ist die Spiralfeder in Drehrichtung um die Zentralachse weicher, was deren Funktion verbessert. Auch ist es mit dieser Ausrichtung des Profils möglich, mehr Windungen mit mehr Reibung im gleichen Bauraum unterzubringen.
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Patentanspruch 10 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, gemäß der ein Stift bezüglich der Zentralachse ungefähr diametral gegenüber dem einhängenden Stift angeordnet ist. Damit wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass die Spiralfeder einseitig radial in eine Zentralöffnung der Statorwand gezogen wird.
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Die Nockenwelle kann gebaut sein. Gebaute Nockenwellen sind leicht und kostengünstig.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen
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1 einen Schwenkmotorversteller ohne Statordeckel,
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2 den Schwenkmotorversteller aus 1 in einem Schnitt entlang Linie II-II aus 1 und
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3 den Schwenkmotorversteller aus 1 in einem Schnitt entlang Linie III-III aus 1.
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1 zeigt einen Schwenkmotorversteller 1, mit dem während des Betriebes eines Verbrennungsmotors die Winkellage zwischen der Kurbel- und der Nockenwelle verändert wird. Durch Verdrehen der nicht näher dargestellten Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schliesszeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt. Der Schwenkmotorversteller 1 ermöglicht dabei eine stufenlose Verstellung der Nockenwelle relativ zu einem von der Kurbelwelle angetriebenen Stator 3.
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Dieser Stator 3 ist dem Schwenkmotorversteller 1 zugehörig und ist zylindrisch geformt. Der Stator 3 ist drehfest mit einem Zahnrad 4 verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 4 ein Kettenrad, über das eine nicht näher dargestellte Kette geführt ist. Das Zahnrad 4 kann aber auch ein Zahnriemenrad sein, über das ein Antriebsriemen als Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement und das Zahnrad 4 ist der Stator 3 mit der Kurbelwelle in bekannter Weise antriebsverbunden.
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Der Stator 3 und das Zahnrad 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel einstückig miteinander ausgebildet. Schrauben 2 verspannen einen ersten Statordeckel 5 gegen einen zweiten Statordeckel 18, wobei die Einheit aus Stator 3 und Zahnrad 4 dazwischen verspannt ist. Alternative Ausgestaltungsformen sind möglich, wobei das Zahnrad auch an einem der beiden Statordeckel 5, 18 angeformt sein kann. Die beiden Statordeckel 5, 18 bilden jeweils Statorwände 33, 34. So kann die eine dieser beiden Statorwände 33 bzw. 34 auch einteilig mit dem radial äußeren Bereich des Stators 3 ausgeführt sein. Die andere Statorwand 34 bzw. 33 muss dann jedoch zur Montage des Rotors 9 nachträglich befestigbar sein.
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Dabei können der Stator 3, die Statordeckel 5, 18 und das Zahnrad 4 aus metallischem Werkstoff oder auch aus hartem Kunststoff bestehen. Als metallische Werkstoffe kommen u. a. Sintermetalle, Stahlbleche und Aluminium in Frage. Als Kunststoff kommen insbesondere faserverstärkte Kunststoffe mit einem Mineralmehl in Frage.
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Der Stator 3 ist mit radial nach innen ragenden Stegen 8 versehen. Umfangsmäßig zwischen diesen Stegen 8 sind Flügel 7 eines Rotors 9 angeordnet. Dieser Rotor 9 weist eine Rotornabe 10 auf, die drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Dazu ist die Rotornabe 10 beispielsweise mit einer Zentralschraube oder einem Zentralventil mit der Nockenwelle verschraubt. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu verändern, wird der Rotor 9 relativ zum Stator 3 gegen die Kraft einer Spiralfeder 6 gedreht. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Hydraulikfluid in den der einen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern unter Druck gesetzt, während die der anderen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern zu einem Tank hin entlastet werden.
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Damit bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor – d. h. bei unbelastetem Schwenkmotorversteller 1 – der Rotor 9 die für den Motorstart nötige frühe Auslassnockenwellenstellung einnimmt, wird der Rotor 9 durch die Spiralfeder 6 in eine Ausgangslage gedreht. In dieser Ausgangslage ist der Rotor 9 gegenüber dem Stator 3 mittels einer Verriegelung 13 gegen ein Verschwenken festgesetzt. Diese ist in einem der Flügel 7 untergebracht. Dabei wird bei Druckabfall in den Druckkammern ein Verriegelungsbolzen 11 durch die Federkraft einer Schraubendruckfeder 12 in eine Verriegelungsstellung bewegt, in der dieser entsprechend 2 in eine Verriegelungsöffnung des Statordeckels 5 eingreift. Beim Motorstart wird der Verrieglungsbolzen durch das Hydraulikfluid gegen die Federkraft belastet und zurückgeschoben, so dass der Rotor 9 vom Statordeckel 5 entriegelt wird und der Schwenkmotorversteller 1 in seine Regelstellung gelangen kann.
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Die Spiralfeder 6 liegt außen auf einer senkrecht zu einer Zentralachse 16 des Schwenkmotorverstellers 1 auf dem Statordeckel 5 angeordneten Seitenebene 15 auf. Dabei weist die Spiralfeder 6 ein rechteckiges Profil auf.
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Die Spiralfeder 6 ist mit einem radial inneren Ende 14 formschlüssig gegenüber der Nockenwelle abgestützt. Dazu ist das radial innere Ende 14 der Spiralfeder 6 bogenförmig gebogen und greift um einen Stift 17, der durch eine außerhalb der Zentralachse 16 liegende Öffnung 32 des ersten Statordeckels 5 ragt. Diese Öffnung 32 ist in Form eines ersten Langlochs 19 ausgeführt. Somit weist die Öffnung 32 einen geschlossene Außenkontur 36 auf. Der Stift 17 ist in eine Bohrung 35 der Rotornabe 10 eingepresst, welche drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Damit hat der Stift 17 die Funktion eines Fortsatzes 31 des Rotors 9.
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Das erste Langloch 19 ist bogenförmig korrespondierend auf einer Kreisbahn angeordnet, dessen Mittelpunkt auf der Zentralachse 16 liegt. Das ermöglicht ein begrenztes Verschwenken des Rotors 7 gegenüber dem Statordeckel 5. Auf dieser Kreisbahn liegen zwei weitere Langlöcher 20, 23, durch die ebenfalls Stifte 21, 22 ragen. Diese beiden Stifte 21, 22 sind ebenfalls in Bohrungen der Rotornabe 10 eingepresst. Der zweite Stift 21 und der dritte Stift 22 stützen die Spiralfeder 6 auf deren innerster Windung radial innen ab. Am dritten Stift 22 ist überdies ein Kopf 24 angeformt, der die Spiralfeder 6 auch axial abstützt, so dass diese Spiralfeder 6 bei heftigen Schwingungen unter keinen Umständen abfallen kann. Überdies minimiert dieser Kopf das Abheben der Spiralfeder 6 von der Seitenebene 15.
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Der dritte Stift 22 ist bezüglich der Zentralachse 16 ungefähr diametral gegenüber dem einhängenden Stift 17 angeordnet. Damit wird verhindert, dass die Spiralfeder 6 in eine Zentralöffnung 37 der Statorwand 33 gezogen wird.
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In eine Bohrung des Statordeckels 5 ist ein kurzer Stift 25 eingepresst, um den das radial äußere Ende 26 der Spiralfeder 6 bogenförmig greift.
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Kurz vor dem radial äußeren Ende 26 ist überdies ein zweiter kurzer Stift 27 vorgesehen, der einen Kopf 28 aufweist. Dieser Kopf 28 minimiert das Abheben der Spiralfeder 6 von der Seitenebene 15 und sichert gegen Verlieren. Dieser zweiter kurzer Stift 27 ist in eine Bohrung des Statordeckels 5 gesteckt und kann in einer alternativen Ausgestaltung auch bis in eine Bohrung des Stators 3 im Bereich eines Steges 8 geführt sein.
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Die beiden Köpfe 24, 28 stellen sicher, dass auf einen Deckel für die Spiralfeder 6 verzichtet werden kann.
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Das innere Ende 14 der Spiralfeder 6 ist von außen um den Stift 17 gebogen. Hingegen ist das äußere Ende 26 der Spiralfeder 6 von innen um den Stift 25 gebogen. Damit wird an der inneren Windung eine Reibflächenpaarung 29 erzeugt, wohingegen an der äußeren Windung eine Reibflächenpaarung 30 erzeugt wird. Diese beiden Reibflächenpaarungen 29, 30 stellen sicher, dass die Spiralfeder 6 ein Feder-Dämpfer-System mit einer hohen Dämpfungsrate bildet. Diese Dämpfungsrate ist auch deshalb sehr hoch, weil die beiden Köpfe 24, 28 die Spiralfeder 6 an der Seitenfläche 15 halten und die Spiralfeder 6 im Betrieb an der Seitenfläche 15 reiben lassen. Infolge der hohen Dämpfungsrate werden Eigenschwingungen minimiert.
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Keiner der drei Stifte 17 bzw. 21 bzw. 22 schlägt am Statordeckel 5 im Endbereich des jeweiligen Langlochs 19 bzw. 20 bzw. 23 an. Der Anschlag erfolgt über einen der Flügel 7 an einem der Stege 8. Die Toleranzen zwischen dem Rotor 9 und dem Stator 3 sind nämlich enger als an dem verschraubbaren Statordeckel 5.
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Die Befestigung der Stifte gegenüber der Rotornabe muss nicht mit einer Presspassung erfolgen. Es kann auch eine Verklebung oder eine Verschraubung vorgesehen sein.
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Die Öffnung 32 weist in dem Ausgestaltungsbeispiel zwar eine geschlossene Außenkontur auf. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Statorwand 33 – wie im Ausführungsbeispiel gezeigt – lagernde Funktion hat. Die Lagerung der Statorwand 33 erfolgt dann auf der Nockenwelle selbst oder einem sogenannten Nockenwellenadapter oder einem Nockenwellenendstück. Jedoch können der bzw. die Stifte auch durch die Zentralöffnung 37 ragen.
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Der Rotor ist insbesondere aus Stahl oder einem Sintermetall gefertigt. Der Rotor kann aber auch aus Leichtmetall oder Kunststoff gefertigt sein. Zu sprödes oder zu weiches Verhalten eines solchen kostengünstigen und/oder leichten Werkstoffs kann dadurch kompensiert werden, dass der hoch belastete Stift zum Abstützen der Spiralfeder aus Stahl gefertigt ist.
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Die Spiralfeder ist im Ausführungsbeispiel auf der vom Verbrennungsmotor abgewandten Seite des Schwenkmotorverstellers vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, die Spiralfeder auf der dem Verbrennungsmotor zugewandten Seite des Schwenkmotorverstellers vorzusehen.
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Die Windungen der Spiralfeder müssen nicht an den Endbereichen der Spiralfeder aneinander reiben. Insbesondere können die aneinander reibenden Windungen auch zwischen den beiden Endbereichen liegen.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwenkmotorversteller
- 2
- Schrauben
- 3
- Stator
- 4
- Zahnrad
- 5
- Statordeckel
- 6
- Spiralfeder
- 7
- Flügel
- 8
- Steg
- 9
- Rotor
- 10
- Rotornabe
- 11
- Verriegelungsbolzen
- 12
- Schraubendruckfeder
- 13
- Verriegelung
- 14
- Inneres Ende der Spiralfeder 6
- 15
- Seitenebene
- 16
- Zentralachse
- 17
- Erster Stift
- 18
- Zweiter Statordeckel
- 19
- Erstes Langloch
- 20
- Zweites Langloch
- 21
- Zweiter Stift
- 22
- dritter Stift
- 23
- drittes Langloch
- 24
- Kopf
- 25
- kurzer Stift
- 26
- radial äußeres Ende
- 27
- zweiter kurzer Stift
- 28
- Kopf
- 29
- Reibflächenpaarung
- 30
- Reibflächenpaarung
- 31
- Fortsatz
- 32
- Öffnung
- 33
- Statorwand
- 34
- Statorwand
- 35
- Bohrung
- 36
- Außenkontur
- 37
- Zentralöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009048238 [0002]
- DE 102009035233 [0003]
- DE 10125498 A1 [0004]
- DE 10333850 B4 [0004]
- DE 19962981 A1 [0005]
- DE 102008048386 [0014]
