DE102012206338A1

DE102012206338A1 - Nockenwellenversteller und Stator-Deckel-Einheit zur automatischen Einstellung eines Verriegelungsspiels

Info

Publication number: DE102012206338A1
Application number: DE102012206338A
Authority: DE
Inventors: Olaf Boese; Holger Brenner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: CN104334839A; US10316703B2; DE102012206338B4; WO2013156165A1; CN104334839B; US20150013636A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stator-Deckel-Einheit (1) für einen Nockenwellenversteller, der zum Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine ausgelegt ist, mit einem Zahnkranz (2) zur Aufnahme eines Drehmoments, an dem integral ein als Gehäuse ausgebildeter Stator (3) angebracht ist, mit einem vom Stator (3) separaten Verriegelungsdeckel (4), wobei der Verriegelungsdeckel (4) am Stator (3) verdrehfest angebracht ist, wobei der Stator (3) und der Verriegelungsdeckel (4) über einen Vorsprung (9) an einem der beiden Bauteile, der in eine Ausnehmung (11) an dem anderen der beiden Bauteile formschlüssig greift, zumindest bei der Montage drehfest gesichert in dieser Position gehalten ist. Die Erfindung betrifft auch einen Nockenwellenversteller mit einem Rotor und einer entsprechend ausgebildeten Stator-Deckel-Einheit (1), wobei ein Kolben in Axialrichtung beweglich in eine Öffnung des Verriegelungsdeckels (4) einbringbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller und eine Stator-Deckel-Einheit für einen Nockenwellenversteller, der zum Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine ausgelegt ist, mit einem Zahnkranz zur Aufnahme eines Drehmoments, an dem integral ein als Gehäuse ausgebildeter Stator angebracht ist, mit einem vom Stator separaten Verriegelungsdeckel, wobei der Verriegelungsdeckel am Stator verdrehfest angebracht ist.
Nockenwellenversteller sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden bei Verbrennungskraftmaschinen, bspw. bei Pkws, Lkws oder anderen landgebundenen Fahrzeugen eingesetzt. Der Einsatz ist jedoch auch bei sonstigen verbrennungskraftmaschineneinsetzenden Fahrzeugen, die luft- oder wassergebunden sind, verwendbar.
So ist aus der DE 10339871 A1 eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen an einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Diese Druckschrift betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Verbrennungskraftmaschine, die am antriebseitigen Ende einer im Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine gelagerten Nocke angeordnet ist und aus einer mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden sowie axial von zwei Seitendeckeln begrenzten Antriebseinheit und aus einer drehfest mit einer Nockenwelle verbundenen und in die Antriebseinheit eingesetzten Antriebseinheit besteht. Die Abtriebseinheit weist eine axiale Durchgangsbohrung für eine zentrale Befestigungsschraube auf, während die Antriebseinheit im nockenwellenabgewandten Seitendeckel eine zentrale Axialbohrung aufweist, durch welche die Befestigungsschraube in die Durchgangsbohrung in der Abtriebseinheit hindurchgeführt wird. Die Axialbohrung ist durch eine mit einem Dichtmittel versehene Verschlussschraube druckmitteldicht verschließbar, die einen zum Ansetzen eines Werkzeuges geeignet ausgebildeten Schraubenkopf und einen hohlzylindrischen Schraubenschaft aufweist. Die Verschlussschraube ist für die Axialbohrung im Seitendeckel der Antriebseinheit und deren Dichtmittel als einteiliges Leichtbau-Integralteil aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet, wobei als Kunststoff ein glasfaserverstärktes Polyamid verwendet wird.
Aus den Druckschriften DE 10 2010 008 004 A1 und DE 10 2010 008 005 A1 sind Stator-Deckel-Einheiten für Nockenwellenversteller bekannt, wobei einerseits eine integrale Ausgestaltung aus Stator und Verriegelungsdeckel gewählt ist und andererseits eine zweiteilige Ausgestaltung aus Verriegelungsdeckel und Stator gewählt ist. Hier beinhaltet die Statoreinheit einen integral, d. h. einteilig damit verbundenen Deckel.
Solche Stator-Deckel-Einheiten sind mittlerweile gängige Bauteile und werden in neueren Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie ist Teil eines vorstehend beschriebenen Nockenwellenverstellers und dient somit der Betätigung der Nockenwelle, bzw. der an der Nockenwelle angebrachten Nocken. Durch die Nocken der durch eine Kurbelwelle in Drehung versetzten Nockenwelle können dies Gaswechselventile in einer Verbrennungskraftmaschine betätigt werden. Über die Anordnung und die Form der Nocken sind die Steuerzeiten der Gaswechselventile gezielt festlegbar. Eine Anpassung der Ventilöffnungszeiten über den Nockenwellenversteller erlaubt eine Effizienzsteigerung der Verbrennungskraftmaschine, die insbesondere als Leistungsgewinn und durch Treibstoffersparnis zum Tragen kommt. Aus diesem Grund werden bei Nockenwellenversteller bzw. den einzelnen Komponenten eines Nockenwellenverstellers immer weitere Verbesserungen angestrebt.
Ein Nockenwellenversteller besteht üblicherweise aus einem Stator, einem Verriegelungsdeckel, einen im Stator positionierten Rotor sowie einem Dichtdeckel. Der Stator ist im eingebauten Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle verbunden, wohingegen der Rotor drehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist. Der Stator ist üblicherweise mit zumindest einer Flügelanschlagfläche ausgebildet, an welcher die Flügel eines Rotors im eingebauten Zustand gestoppt werden. Insgesamt wird durch den Einsatz eines Nockenwellenverstellers eine gezielte Drehung der Nockenwelle gegenüber dem Stator in einem vorbestimmten Winkelbereich ermöglicht. Damit kann die Phasenlage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle innerhalb gewisser Grenzen verändert werden.
Um, insbesondere beim Start oder im Leerlauf eines Motors, den Stator und den Rotor in einer optimalen Position halten zu können, ist üblicherweise eine Kulisse innerhalb des Verriegelungsdeckels eingebracht. Die Kulisse dient der drehfesten Verriegelung eines Rotors, wobei ein Kolben in die Kulisse eingreift, so dass die Stator-Deckel-Einheit formschlüssig mechanisch mit einem Rotor verbunden ist. Demensprechend wirken im verriegelten Zustand hohe Kräfte auf die Kulisse.
Nachteilig bei bekannten Stator-Deckel-Einheiten, bspw. bei einer aus der US 6,311,654 B1 bekannten Einheit, ist jedoch der relativ hohe Fertigungs- und Montageaufwand.
Aufgrund von Bauraumrestriktionen und Kundenvorgaben, bzgl. einer Triebmittelebene, wie einer Riemenebene, kommt es immer wieder vor, dass der Verriegelungsdeckel bei der Montage nicht direkt über dabei eingesetzte Greifer in Umfangsrichtung gespannt und verdreht werden kann. Dieses Problem verschärft sich bei einem axial innerhalb eines gekröpften Anbauteils befindlichen Verriegelungsdeckel. Es ist ein höherer Montageaufwand erforderlich und im schlimmsten Fall sogar das gewünschte Verstellerkonzept aufgrund einer zu ungenauen Montage nicht umsetzbar, da sich der Verriegelungsdeckel axial innerhalb eines anderen Bauteils befindet, wie etwa einer Riemenrad-Stator-Einheit. Weiter erschwert wird die Montage zusätzlich, wenn auch eine Rückstellfeder mit dem Verriegelungsdeckel vorgespannt werden muss.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und trotz während der Montage nicht direkt oder zumindest nur schwer greifbarem Verriegelungsdeckel während der Montage, ein marktfähiges Verriegelungsspiel bei einem Nockenwellenversteller zur Verfügung zu stellen, ohne einen großen zusätzlichen Montageaufwand zu haben- und zwar selbst dann, wenn eine Rückstellfeder Verwendung findet.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Stator-Deckel-Einheit dadurch gelöst, dass der Stator und der Verriegelungsdeckel über einen Vorsprung an einem der beiden Bauteile, der in eine Ausnehmung an dem anderen der beiden Bauteile formschlüssig eingreift, zumindest bei der Montage drehfest gesichert in dieser Position gehalten ist.
Um ein marktfähiges Verriegelungsspiel bei der Nockenwellenverstellermontage zu erreichen, ohne dabei direkt den Verriegelungsdeckel in Umfangsrichtung greifen zu müssen, kann eine sog. „Störkontur” des beim Verriegelungsdeckelgreifen störenden Bauteils genutzt werden. Da der Verriegelungsdeckel innerhalb des störenden Bauteils liegt, kann dieser an vorbestimmten Punkten der Außenkontur zu der Innenkontur des störenden Bauteils gut koaxial ausgerichtet werden, wobei sich die Innen- und Außenkontur der beiden Bauteile ähnelt.
Durch den erzielten Formschluss wird ein fester Anschlag erzeugt, durch den das Verriegelungsspiel eingestellt wird. Eine hohe Präzision ist die Folge.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der Deckel ein vom Stator separates Bauteil. Der Stator kann als Topf mit deckelartigem Boden ausgebildet sein oder ohne einen solchen deckelartigen Boden ausgebildet sein.
Das Einstellen des Verriegelungsspiels ohne aktives Verdrehen des Verriegelungsdeckels durch eine Montageeinrichtung ist möglich. Dazu ist es von Vorteil, wenn der Außendurchmesser des Verriegelungsdeckels so auf den Innendurchmesser der gekröpften Genkontur angepasst wird, dass ein möglichst kleiner Koaxialitätsfehler entsteht. Der Verriegelungsdeckel wird somit über einen Formschluss am Innendurchmesser der Gegenkontur zentriert. Desweiteren ist eine zweite axiale Kontur von Vorteil, wie z. B. in Form von Nut und Zapfen, welche die beiden Bauteile in einer vorgegebenen Winkelposition orientiert. Nach dem axialen Fügen des Verriegelungsdeckels in die Gegenkontur wird durch das auf den Verriegelungsdeckel wirkende Rückstellmoment, bspw. durch eine vorhandene Feder, ein definiertes Verriegelungsspiel erzeugt.
Selbst ein axiales Tieferliegen des Verriegelungsdeckels relativ zu dem Stator und der Zahnkranzausgestaltung, welche den Verriegelungsdeckel umgeben, ist erreichbar.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn der Vorsprung als integraler Bestandteil des Stators oder des Verriegelungsdeckels ausgebildet ist und sich in radialer und/oder axialer Richtung erstreckt.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Ausnehmung als umfangsseitige oder axiale Ausklinkung des plattenartigen Verriegelungsdeckels ausgebildet ist oder alternativ als axiale oder radiale Vertiefung im Stator ausgebildet ist.
Fertigungstechnisch hat es sich dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Vorsprung am Stator befindlich ist und die Ausnehmung am Verriegelungsdeckel befindlich ist. Gerade im Zusammenspiel mit der Herstellung eines Dichtbereiches stellen sich dann Vorteile ein, da bspw. auf gerichtetes Schleifen verzichtet werden kann und teilkreisflexible Drehvorgänge genutzt werden können.
Eine vorteilhafte Variante ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung und die Ausnehmung außerhalb eines eine Fluiddichtung gewährleistenden Dichtbereiches an dem Stator und dem Verriegelungsdeckel befindlich sind. Aufgrund der Befindlichkeit außerhalb des Dichtbereiches, vorzugsweise radial außerhalb davon, kann vermieden werden, dass Fluid, wie Öl aus dem Hohlraum zwischen dem Verriegelungsdeckel, dem Rotor und dem Stator ausdringen oder eindringen kann. Der Dichtbereich wird nicht perforiert.
Wenn es eine Vielzahl von zueinander gleich beabstandeten Vorsprünge und Ausnehmungen gibt, vorzugsweise drei Vorsprünge und Ausnehmungen oder vorzugsweise jeweils vier Stück, so können die auftretenden Kräfte aufgefangen werden und eine Montagesicherung effizient sichergestellt werden.
Zweckmäßig ist es auch, wenn sich der Vorsprung in Axialrichtung erstreckt und daran befindliche seitliche Anschlagsflächen, vorzugsweise eine daran befindliche seitliche Anschlagfläche mit einer Gegenanschlagfläche der Ausnehmung in Anlage bringbar ist oder befindlich ist. Eine definierte Winkellage zwischen dem Verriegelungsdeckel und dem Stator kann dann eingestellt werden.
Ein Aufbau des Stators lässt sich besonders stabil und kostengünstig erreichen, wenn er aus Sintermaterial gefertigt ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Stator mit dem Zahnkranz drehfest verbunden wird und diese beiden Bauteile nicht integral, d. h. nicht einteilig, gefertigt sind, wobei bei einem solchen Zahnkranz und einem Stator aufweisenden Stator-Deckel-Einheit die sonstigen Merkmale der Erfindung ebenfalls realisierbar sind.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Vorsprung eine polygonartige Außenkontur, etwa nach Art eines Rechtecks oder eines Dreiecks, aufweist. Der Vorsprung kann dann blockartig, insbesondere quaderförmig ausgebildet werden und eine ausreichend große Anschlagfläche für die Gegenanschlagfläche zur Verfügung stellen.
Die Montage wird auch erleichtert, wenn zwischen dem Stator und dem Verriegelungsdeckel eine Feder zum Bewirken einer Verdrehung des Verriegelungsdeckels relativ zum Stator vorhanden ist, wobei diese Feder so angeordnet ist, dass die von ihr zur Verfügung gestellte Federkraft, die Gegenanschlagfläche auf die Anschlagfläche drängt. Ist dann der Verriegelungsdeckel einmal in den Stator eingesetzt, so wird der Verriegelungsdeckel automatisch in seine Montageposition durch die Feder gedrängt, selbst wenn der Verriegelungsdeckel axial nach innen zum axial äußeren Statorrand versetzt angeordnet ist, also der Stator axial über den Verriegelungsdeckel übersteht.
Die Erfindung betrifft auch einen Nockenwellenversteller mit einem Rotor und einer damit verstellbar verbundenen Stator-Deckel-Einheit, wie vorstehend erläutert, wobei ein Kolben in Axialrichtung beweglich in eine Öffnung des Verriegelungsdeckels einbringbar ist. Beim Einfahren des Kolbens in die Öffnung wird ein die beiden Bauteile verriegelnder Formschluss erzeugt.
Die Erfindung wird auch nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Stator-Deckel-Einheit in einer perspektivischen Ansicht in noch unverbautem Zustand in einen Nockenwellenverstellmechanismus,
2 den singulären Stator der Stator-Deckel-Einheit aus 1, ohne einen Verriegelungsdeckel, und
3 einen Verriegelungsdeckel, welcher in der Stator-Deckel-Einheit aus 1 verbaut ist, aber in dem Stator nach 2 noch nicht verbaut ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stator-Deckel-Einheit dargestellt. Diese Stator-Deckel-Einheit hat das Bezugszeichen 1. Die Stator-Deckel-Einheit weist einen Zahnkranz 2, einen Stator 3 und einen Verriegelungsdeckel 4 auf. Der Verriegelungsdeckel 4 ist plattenartig ausgestaltet und könnte auch als Verriegelungsplatte bezeichnet werden. Der Verriegelungsdeckel 4 ist über Befestigungsmittel 5, die als Schrauben 6 ausgebildet sind, mit einem nicht dargestellten zweiten Deckel oder direkt mit dem Stator 3 verbunden. Auf der Außenseite des Verriegelungsdeckels 4 ist eine nasenartige Auswölbung 7 vorhanden, die eine Anlagefläche für eine Feder bietet.
Innerhalb des durch den Stator 3 und den Verriegelungsdeckel 4 gebildeten Hohlraums ist eine nicht dargestellte Feder vorhanden, die in der Darstellung nach 1 den Verriegelungsdeckel 4 gegen den Uhrzeigersinn relativ zum Stator 3 verdrehend drängt.
In dem Verriegelungsdeckel 4 ist eine Öffnung 8 vorhanden, in die ein Kolben aus dem Rotor heraus einfahrbar ist, um eine Verriegelung des Verriegelungsdeckels und damit auch des Stators 3 relativ zu einem nicht dargestellten Rotor vorzunehmen, d. h. eine nachhaltige Bestimmung der relativen Drehposition der beiden Bauteile zueinander im Sinne einer Festlegung vorzunehmen.
Am Stator 3 ist zumindest ein Vorsprung 9 ausgebildet, der axial vom Stator 3 absteht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nur ein einziger Vorsprung 9 vorhanden, wass eine Überbestimmtheit verhindert. Sollten mehr Vorsprünge 9 verwendet werden, so ist auf die entsprechend angepassten Toleranzketten zu achten. Dann kann erst ein erster Vorsprung 9 theoretisch tragen und weitere Vorsprünge erst zeitlich später. Insgesamt sind dann drei, besser vier Vorsprünge 9 am Stator 3 ausbildbar. Sind vier Vorsprünge 9 vorhanden, sind diese alle 90° am umfangsnah auf eine Axialfläche verteilt. Jeder Vorsprung 9 weist eine Anschlagfläche 10 auf, die in 2 gut zu erkennen ist.
Der Verriegelungsdeckel 4 weist an seinem Umfang vier Ausnehmungen 11 auf, die alle 90° ausgebildet sind. Es sind auch mehr als vier Ausnehmungen 11 denkbar. Die Ausnehmungen 11 sind als Ausklinkungen ausgebildet, so dass drei orthogonal zueinander stehende Flächen ausgebildet sind, von denen die mit der Anschlagfläche 10 in Anlage bringbare Fläche als Gegenanschlagfläche 12 bezeichnet wird. Die Anschlagfläche 10 und die Gegenanschlagfläche 12 sind spanend oder spanlos nachbearbeitet, um eine präzise und vorzugsweise plane Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Die Anschlag- und Gegenanschlagflächen 10 und 12 wirken als Anlage- und Gegenanlageflächen.
Wie in 2 zu erkennen, ist der Vorsprung 9 radial außerhalb eines Dichtbereiches 13 vorhanden. Es ist möglich, nur eine geringere Anzahl an Vorsprüngen 9 als Anschlagsausnehmungen 11 einzusetzen.
In dem in 3 dargestellten Verriegelungsdeckel 4 sind in denselben Winkelbereichen wie die Ausnehmungen 11 radial innerhalb dazu auf demselben Teilkreis vier Löcher 14 ausgebildet, in die die Schrauben 6 eingepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Stator-Deckel-Einheit
2: Zahnkranz
3: Stator
4: Verriegelungsdeckel
5: Befestigungsmittel
6: Schraube
7: Auswölbung
8: Öffnung
9: Vorsprung
10: Anschlagfläche
11: Ausnehmung
12: Gegenanschlagfläche
13: Dichtbereich
14: Loch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10339871 A1 [0003]
DE 102010008004 A1 [0004]
DE 102010008005 A1 [0004]
US 6311654 B1 [0008]

Claims

Stator-Deckel-Einheit (1) für einen Nockenwellenversteller, der zum Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine ausgelegt ist, mit einem Zahnkranz (2) zur Aufnahme eines Drehmoments, an dem integral ein als Gehäuse ausgebildeter Stator (3) angebracht ist, mit einem vom Stator (3) separaten Verriegelungsdeckel (4), wobei der Verriegelungsdeckel (4) am Stator (3) verdrehfest angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) und der Verriegelungsdeckel (4) über einen Vorsprung (9) an einem der beiden Bauteile, der in eine Ausnehmung (11) an dem anderen der beiden Bauteile formschlüssig greift, zumindest bei der Montage drehfest gesichert in dieser Position gehalten ist.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) als integraler Bestandteil des Stators (3) oder des Verriegelungsdeckels (4) ausgebildet ist und sich in radialer und/oder axialer Richtung erstreckt.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (11) als umfangsseitige oder axiale Ausklinkung des plattenartigen Verriegelungsdeckels (4) ausgebildet ist oder alternativ als axiale oder radiale Vertiefung im Stator (3) ausgebildet ist.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) und die Ausnehmung (11) außerhalb eines einer Fluiddichtung gewährleistenden Dichtbereiches (13) an dem Stator (3) und dem Verriegelungsdeckel (4) befindlich ist.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von zueinander gleich beabstandeten Vorsprüngen (9) und Ausnehmungen (11) gibt, vorzugsweise jeweils drei oder vier Stück.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorsprung (9) in Axialrichtung erstreckt und eine daran befindliche seitliche Anschlagfläche (10) mit einer Gegenanschlagfläche (12) der Ausnehmung (11) in Anlage befindlich ist.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) aus Sintermaterial gefertigt ist.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) eine polygonartige Außenkontur, etwa nach Art eines Rechtecks oder eines Dreiecks, aufweist.
Stator-Deckel-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (3) und dem Verriegelungsdeckel (4) eine Feder zum Bewirken einer Verdrehung des Verriegelungsdeckels (4) relativ zum Stator (3) vorhanden ist, die so angeordnet ist, dass die von ihr zur Verfügung gestellte Federkraft, die Gegenanschlagfläche (12) auf die Anschlagfläche (10) drängt.
Nockenwellenversteller mit einem Rotor und einer damit verstellbar verbundenen Stator-Deckel-Einheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kolben in Axialrichtung beweglich in eine Öffnung (8) des Verriegelungsdeckels (4) einbringbar ist.