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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
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Hintergrund der Erfindung
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Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
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Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
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Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
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Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
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Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
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Die
DE 10 2009 054 048 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller für einen Riementrieb, der einen Seitendeckel aufweist, welcher mit einer Schraube mit dem Antriebselement drehfest verbunden ist. Der Seitendeckel hat für die Schraube ein Innengewinde. Damit genügend Gewindegänge des Innengewindes für die Schraube untergebracht werden können, ist der Seitendeckel im Bereich des Innengewindes in axialer Richtung geweitet. Die Feder ist auf der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers angeordnet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine besonders einfache Federaufhängung aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement, einer Feder und einem Seitendeckel, wobei die vorgenannten Bauteile koaxial zur Drehachse des Nockenwellenverstellers angeordnet sind, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind, wobei die Feder das Antriebselement und das Abtriebselement in Umfangsrichtung verspannt, der Seitendeckel mit dem Antriebselement oder dem Antriebselement durch eine Schraube drehfest verbunden ist, der Seitendeckel einen Dom aufweist, der von der Schraube durchragt ist, löst die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Dom als Lagerung ausgebildet ist und die Feder, insbesondere ein Federende der Feder, abstützt. Mehrere Dome können neben der Abstützung der Federenden auch den Windungskörper und somit die gesamte Feder abstützen.
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Hierdurch wird erreicht, dass insbesondere bei dünnwandigen Seitendeckeln, der Dom zur Aufnahme der Schraube und zur Aufnahme eines Federendes der Feder zugleich realisiert ist. Folglich wird der Bauraum effizienter genutzt und Mehraufwand in der Herstellung vermieden.
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Als Nockenwellenversteller kommt vorzugsweise ein hydraulischer Nockenwellenversteller, insbesondere ein Flügelzellenversteller, in Betracht. Das Abtriebselement und das Antriebselement prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Abtriebselement bzw. dem Antriebselement ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Abtriebselements bzw. des Antriebselements angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel bzw. Seitendeckel auf. Das Antriebselement und die Seitendeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander drehfest gesichert.
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Der Dom weist eine zylindrische Außenumfangsfläche auf, auf der das Federende der Feder gelagert ist. Zudem muss der Dom muss keine vollständig durchgehende Öffnung für die Schraube aufweisen, sondern kann auch ein Sackloch für ein Ende der Schraube haben.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Dom parallel und radial beabstandet zur Drehachse des Nockenwellenverstellers angeordnet. Zur effizienten Abstützung eines Federendes, insbesondere bei Federn mit radial ausgebildeten Windungskörpern, ist ein großer Abstand zur Drehachse des Nockenwellenversteller vorteilhaft. Zugleich sind derartige Federn in axialer Richtung sehr platzsparend ausgebildet, wodurch der Dom der Drahtdicke der Feder angepasst werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Dom einteilig mit dem Seitendeckel ausgebildet ist. Bei einem Seitendeckel aus Blech lässt sich ein einteiliger Dom vorteilhafterweise durch Tiefziehen oder andere Umformprozesse einfach ausformen. Ist der Seitendeckel aus Kunststoff hergestellt, so bieten sich auch Urformverfahren, insbesondere das Spritzgießen, an. Der Dom selbst muss keine vollständig durchgehende Öffnung für die Schraube aufweisen, sondern kann auch ein Sackloch für ein Ende der Schraube haben.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Dom von einem Schraubenschaft der Schraube vollständig durchdrungen. Der Innendurchmesser des Domes führt vorteilhafterweise die Schraube im Fügeprozess, so dass das Gewinde der Schraube mit dem komplementären Gewinde eines weiteren Seitendeckels oder des Antriebselement bzw. des Abtriebselement in Eingriff kommt.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist der Dom als Buchse ausgebildet und mit dem Seitendeckel kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden. Die Buchse ist separat vom Seitendeckel ausgebildet und mit dem Seitendeckel verpresst, verstemmt, verschraubt, verschweißt, verklebt oder verlötet. Die Fügestelle kann, je nach vorgenannter Befestigungsart, aus einer Umfangsfläche der Buchse gepaart mit einer Umfangsfläche, z. B. einer Bohrung, des Seitendeckels bestehen oder aus einer Stirnfläche gepaart mit einer Stirnfläche des Seitendeckels. Die Buchse muss keine vollständig durchgehende Öffnung für die Schraube aufweisen, sondern kann auch ein Sackloch für ein Ende der Schraube haben.
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In einer Ausbildung der Erfindung durchragt die Buchse, vollständig oder teilweise, den Seitendeckel. Vorteilhafterweise können so zur drehfesten Verbindung zwischen der Buchse und dem Seitendeckel verschiedene nichtrotationssymmetrische Formpaarungen des Außenumfangs der Buchse mit dem Innenumfang des Seitendeckels Anwendung finden. Beispielsweise eignen sich vieleckförmige oder nicht kreisrunde Querschnitte für eine derartige drehfeste Verbindung.
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In einer vorteilhaften Ausbildung durchragt die Buchse sowohl den Seitendeckel als auch das Antriebselement oder das Abtriebselement, mit dem der Seitendeckel drehfest verbunden ist. Die Buchse kann somit die gesamte Schraube mittels des Innendurchmesser der Buchse beim Fügen führen und zugleich über den Außendurchmesser der Buchse ein Federende der Feder aufnehmen.
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Alternativ kann die Buchse ein Innengewinde aufweisen, welches für den Eingriff mit dem Außengewinde der Schraube vorgesehen ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die drehfeste Verbindung zwischen Seitendeckel und dem Antriebselement oder dem Abtriebselement mittels der Buchse realisiert. Vorteilhafterweise wird so die Buchse selbst zum Formschlusselement, mit dem der Seitendeckel zum Antriebselement bzw. Abtriebselement drehfest angeordnet ist. Der Seitendeckel und das Antriebselement bzw. das Abtriebselement weisen zum Außenumfang der Buchse komplementäre Innenumfangsprofile auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die drehfeste Verbindung zwischen dem Seitendeckel und dem Antriebselement oder dem Abtriebselement mittels des Domes realisiert ist, indem der Dom das Antriebselement oder das Abtriebselement durchragt. Vorteilhafterweise wird so der Dom selbst zum Formschlusselement, mit dem der Seitendeckel zum Antriebselement bzw. Abtriebselement drehfest angeordnet ist. Das Antriebselement bzw. das Abtriebselement weisen zum Außenumfang des Domes komplementäre Innenumfangsprofile auf.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Dom als Anlage für den Schraubenkopf ausgebildet, wobei der Durchmesser des Domes kleiner ist, als der Durchmesser der einhüllenden Zylinderfläche des Schraubenkopfes, wodurch eine axiale Fixierung des Federendes der Feder ausgebildet ist. Verschiedene Schraubenköpfe können zur axialen Fixierung vorgesehen sein, solang der Schraubenkopf den Federdraht in radialer Richtung überragt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Doms eines Seitendeckels des Nockenwellenverstellers wird eine platzsparende Anordnung für die drehfeste Verbindung zwischen dem Seitendeckel und dem Antriebselement oder dem Abtriebselement mittels einer Schraube und zugleich einer Lagerung für ein Federende der Feder, welche das Antriebselement zum Abtriebselement in Umfangsrichtung verspannt, erreicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen:
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1 einen Nockenwellenversteller in einer perspektivischen Ansicht,
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2 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem einteilig mit dem Seitendeckel ausgeführten Dom und
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3 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer separat von einem Seitendeckel ausgebildeten Buchse.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1 in einer perspektivischen Ansicht.
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Der Nockenwellenversteller 1 ist als Flügelzellenversteller ausgebildet und weist ein Abtriebselement 3 und ein Antriebselement 2 auf. Das Abtriebselement 3 und das Antriebselement 2 prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung in Umfangsrichtung 9 zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Abtriebselement 3 bzw. dem Antriebselement 2 ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Abtriebselements 3 bzw. des Antriebselements 2 angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel bzw. Seitendeckel 5 und 14 auf. Das Antriebselement 2 und die Seitendeckel 5 und 14 werden über mehrere Schrauben 7 miteinander drehfest gesichert. Der Seitendeckel 5 ist als ringförmige Scheibe ausgebildet.
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Der Nockenwellenversteller 1 ist mit einer Nockenwelle drehfest verbindbar. Auf der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers 1 ist der Seitendeckel 5 mit zwei Domen 6 angeordnet. Die Dome 6 sind einteilig mit dem Seitendeckel 5 und kragenförmig ausgebildet. Jeder Dom 6 wird von einer Schraube 7 durchdrungen. Die Dome 6 stützen eine auf dieser nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers 1 angeordnete Feder 4 ab. Der eine Dom 6 wird von einem Federende 13 der Feder 4 umschlungen, wobei hingegen der andere Dom 6 den Windungskörper der Feder 4 abstützt. Der Außendurchmesser der Schraubenköpfe 12 der Schrauben 7 ist größer als der Außendurchmesser der Dome 6 wodurch eine axiale Fixierung des Federendes 13 und der Feder 4 erzielt wird.
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2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem einteilig mit dem Seitendeckel 5 ausgeführten Dom 6. Der Aufbau des Nockenwellenversteller 1 ist in 1 bereits beschrieben. Gut erkennbar ist der als Kragen ausgeführte Dom 6 des Seitendeckels 5. Der Seitendeckel 14 hat, fluchtend zur Symmetrieachse des Domes 6, ein Innengewinde, worin die Schraube 7 eingreifen kann und den Verbund sowohl axial sichert als auch eine drehfeste Verbindung zwischen den Seitendeckeln 5 und 14 mit dem Antriebselement 2 ausbildet. Der Schraubenkopf 12 stützt sich dabei auf der Stirnseite des Doms 6 ab. Vorteilhafterweise können so längere Schrauben 7 zum Einsatz kommen, wodurch die Vorspannkraft aufgrund der erhöhten Dehnungslänge der Schraube 7 sinkt. Eine verringerte Vorspannkraft bzw. die hohe Dehnungslänge kann Setzverluste besser ausgleichen, wodurch eine zuverlässigere Verbindung ausgebildet ist. Durch die kragenförmige und dünnwandige Ausbildung des Domes 6 trägt auch die daraus entstehende Flexibilität des Domes 6 zur Reduzierung der Vorspannkraft bei. Zugleich ist die Feder 4 mittels des Außendurchmessers des Domes 6 bzw. der Dome 6 gehalten. Wie in 1 weist der Außendurchmesser des Schraubenkopfes 12 gegenüber dem Federdraht der Feder 4 eine radiale Überdeckung auf, die die Feder 4 in axialer Richtung fixiert. Vorteilhafterweise ist der Seitendeckel 5 aus Blech hergestellt, wodurch sich der Dom 6 durch einen Tiefziehprozess ausbilden lässt. Der Seitendeckel 14 kann ebenfalls einen Dom aufweisen, um die Anzahl der mit der Schraube 7 in Eingriff stehenden Gewindegänge zu erhöhen. Vorteilhafterweise können in einer solchen Ausgestaltung die Seitendeckel 5 und 14 gestaltgleich ausgebildet sein.
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3 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer separat von einem Seitendeckel 5 ausgebildeten Buchse 11. Der Innendurchmesser der Buchse 11 kann dem Außendurchmesser des Schraubenschaftes 10 der Schraube 7 angepasst sein, so dass die Schraube 7 von der Buchse 11 während des Fügevorgangs geführt ist. Die Buchse 11 ist mit ihrer Stirnseite in Kontakt mit dem Seitendeckel 5. Die Buchse 11 kann bereits ohne montierte Schraube 7 fest mit dem Seitendeckel 5 verbunden sein oder als loses Bauteil erst mit der Schraube 7 in Kontakt mit dem Seitendeckel 5 kommen.
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Vorteilhafterweise ist der Seitendeckel 5 und die Buchse 11 aus Blech hergestellt. Der Seitendeckel 14 kann ebenfalls einen Dom aufweisen, um die Anzahl der mit der Schraube 7 in Eingriff stehenden Gewindegänge zu erhöhen. Vorteilhafterweise können in einer solchen Ausgestaltung die Seitendeckel 5 und 14 gestaltgleich ausgebildet sein.
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Die Buchse 11 als vom Seitendeckel 5 separates Bauteil kann vorteilhafterweise einen vom Seitendeckel 5 verschiedenen Werkstoff aufweisen. Zusätzlich kann die Buchse 11 zur Minimierung des Verschleißes der Federanlage beschichtet sein und/oder vom Seitendeckel 5 separat gehärtet werden.
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Aufgrund der Ausbildung eines ringscheibenförmigen Seitendeckel 5, wie in 1 bis 3, weisen die als Federanlage ausgebildeten Dome 6 bzw. Buchsen 11 mit den Schrauben 7 einen hohen Abstand zur Drehachse 8 des Nockenwellenverstellers 1 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Antriebselement
- 3
- Abtriebselement
- 4
- Feder
- 5
- Seitendeckel
- 6
- Dom
- 7
- Schraube
- 8
- Drehachse
- 9
- Umfangsrichtung
- 10
- Schraubenschaft
- 11
- Buchse
- 12
- Schraubenkopf
- 13
- Federende
- 14
- Seitendeckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054048 A1 [0007]
