DE102012206339A1

DE102012206339A1 - Nockenwellenversteller mit an einem Zapfen einer Schraube eingehängter Feder

Info

Publication number: DE102012206339A1
Application number: DE102012206339A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHULTE
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
Also published as: HUP1300222A2; KR20130117702A; US20130276735A1; CN103375213A; US9074497B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller (1) mit einem Stator (2) und einem Rotor (16), wobei am Stator (2) zumindest ein Deckel (18) über zumindest eine Schraube (5), die einen Schraubenkopf (8) aufweist, angebracht ist, wobei eine Feder (14) kraftübertragend mit dem Rotor (16) und der Schraube (5) verbunden ist, wobei die Feder (14) an einem auf dessen Außenseite polygonartig ausgeformten, den Schraubenkopf (8) verlängerndem Zapfen (10) der Schraube (5) anliegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem Rotor, wobei am Stator zumindest ein Deckel über zumindest eine Schraube, die einen Schraubenkopf aufweist, angebracht ist, wobei ferner eine Feder kraftübertragend mit dem Rotor und der Schraube verbunden ist.
In modernen Verbrennungskraftmaschinen werden Vorrichtungen zu variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer oder mehreren Nockenwellen in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Solche Vorrichtungen werden auch als Nockenwellenversteller bezeichnet. Diese Nockenwellenversteller weisen einen Stator auf, der mit einem Zahnrad verbunden ist, bspw. in einer integralen Bauweise oder über eine kraft-, stoff- und/oder formschlüssige Verbindung bei zwei separaten Bauteilen, wobei das Zahnrad mit einem Antriebsmittel, wie einem Zugmittel, das bspw. als Riemen oder Kette ausgebildet ist, in Verbindung steht.
Häufig setzen solche Nockenwellenversteller Flügelzellen ein, um den Rotor relativ zum Stator zu verstellen und somit über konzentrisch zueinander angeordnete Nockenwellen Einfluss auf die Gaswechselventile zu nehmen, wobei die eine als Hohlwelle ausgebildete Nockenwelle mit dem Stator verbunden ist und die andere als konzentrisch dazu angeordnete Nockenwelle mit dem Rotor verbunden ist.
Aus dem Stand der Technik, etwa der DE 10 2008 051 755 A1 sind auch ähnliche Nockenwellenversteller bekannt, die zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und einem Federelement versehen sind. Dabei ist das Antriebselement in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bringbar, wobei das Abtriebselement in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine bringbar ist und schwenkbar zu dem Antriebselement angeordnet ist, wobei sich das Federelement einerseits an dem Abtriebselement und andererseits an dem Antriebselement abstützt, wobei mittels des Federelements das Antriebselement mit einem Drehmoment relativ zu dem Antriebselement beaufschlagbar ist und wobei das Federelement an zumindest einem separat zu dem Abtriebselement und dem Antriebselement ausgebildeten Stift anliegt. Dieser Stift kann schraubenartig ausgestaltet sein, wobei er einen Schaft mit einem Außengewinde und einen davon beabstandeten Zapfen aufweist, in welchen eine Vertiefung für ein Werkzeug eingebracht ist. Ein Federelement ist in radialer Richtung nach außen gebogen und liegt an einem solchen Stift an, welcher an einem Seitendeckel befestigt ist.
Ein ähnlicher Nockenwellenversteller ist auch aus der JP 2003/120229 bekannt, wobei ein Federelement an einer Inbusschraube eingehängt ist. Diese Feder ist spiralförmig in einer Ebene liegend angeordnet.
Auch die US 2007 021 5085 offenbart einen ähnlichen Nockenwellenversteller, wobei eine Feder am Kopf eines Bolzens eingehängt ist.
Dass eine Feder auch zwischen dem Außengewinde des Schafts und dem Schraubenkopf eingehängt werden kann, ist ferner aus der US 2007/0000462 A1 offenbart.
Diese bekannten Nockenwellenversteller werden an Verbrennungskraftmaschinen, wie Auto- oder Dieselmotoren eingesetzt und stehen in Wirkkontakt mit Ketten- oder Riementrieben. Die bspw. aus der JP 2003/120229 bekannten Spiralfedern, welche an Nockenwellenverstärkern in Topfbauweise eingesetzt werden, werden zum Ausgleich von Nockenwellenreibmomenten verwendet. Grundsätzlich ist jedoch der Bauraum für die Spiralfeder nur begrenzt. Auch haben die bekannten Lösungen mehrere Nachteile. Die bekannten Federeinhängungen benötigen relativ viel axiale Baulänge und die eingesetzten Schrauben sind relativ schwer. Ferner muss häufig die Federeinhängung an separaten Bauteilen realisiert werden und beispielsweise zusätzlich ein speziell ausgeformter Zapfen verwendet werden, was die Montagekosten erhöht und eventuell eine aufwändige Bearbeitung der Schraube nach sich zieht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen, insbesondere Gewicht zu sparen, den Materialeinsatz zu vermindern und niedrigere Bauteilkosten hervorzurufen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Nockenwellenversteller dadurch gelöst, dass die Feder an einem auf dessen Außenseite polygonartig ausgeformten, den Schraubenkopf verlängernden Zapfen der Schraube anliegt.
Gerade für hydraulische Nockenwellenversteller bietet sich eine solche Lösung an, da ein als Schraubangriff bezeichneter Zapfen am Schraubenkopf sowohl für das Einschrauben der Schraube genutzt, als auch für die Realisierung der Federeinhängung werden kann. Eine Schraube muss sowieso zum Aufbringen des Anzugmomentes mit einem Schraubangriff versehen sein. Wenn man diesen zur Befestigung der Spiralfeder verwendet, werden keine zusätzlichen Bauteile oder Bearbeitungsschritte benötigt. Da der Schraubangriff direkt an der Kopffläche der Schraube ansetzt, ist der axiale Bauraum des Verstellers minimal.
Das hier mit Deckel bezeichnete Element, kann als Verriegelungsdeckel, Frontdeckel, Rückdeckel, Verstärkungsdeckel oder Dichtdeckel ausgebildet sein. Der Deckel kann all diese Funktionen über nehmen.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Feder formschlüssig an dem Zapfen anliegt. Eine präzise Einhängung lässt sich dann realisieren und Spiel vermeiden. Ferner wird die Langlebigkeit des Aggregates erhöht.
Durch die Verwendung eines Vielzahn-Schraubangriffs und die Positionierung des Verstellers in einem Kettenkasten sammelt sich zwischen der als Spiralfeder ausbildbaren Feder und dem Zapfen, d. h. hier dem Schraubangriff, Schmiermittel, wie Öl. Das wirkt sich positiv auf das Verschleißverhalten der Bauteile aus, weswegen es von Vorteil ist, wenn der Zapfen eine Vielzahnform aufweist. Im Gegensatz zu einem Schraubangriff mit z. B. Außensechskant ist auch eine gute Anlage der Feder an ihre Aufnahme gegeben.
Besonders gut ist die Anlage der Feder an den Zapfen, wenn der Zapfen eine Torx- oder Torx-Plus-Außenform aufweist. Ein flächiger Kontakt zwischen der Spiralfeder und der Zapfenaußenseite im Bereich der Einhängung besteht dann. Hohe Punktpressungen werden dann vermieden, was einer höheren Belastbarkeit zuträglich ist.
Wenn der Zapfen zylindrische Segmente im Bereich seiner größten Radialerstreckung aufweist, ist dies weiter vorteilhaft.
Zweckmäßig ist es ferner, wenn der Schraubenkopf auf seiner dem Stator zugewandten Seite konisch ausgebildet ist. Gerade die Ausgestaltung als Senkschraube ermöglicht nämlich, dass die Schrauben zur Zentrierung des Deckels eingesetzt werden können und der Deckel somit selbstzentrierend ist. Dadurch sitzt der Deckel präziser auf seinem Sitz, wodurch Leckage verringert wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn der Konus auf der dem Stator zugewandten Seite des Schraubenkopfes zwischen 90° und 94° misst, vorzugsweise 92,5° misst.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen eine axiale Länge aufweist, die weniger als dreimal so lang, wie die axiale Länge des Schraubenkopfes ist, aber mehr als zweimal so lang, wie die axiale Länge des Schraubenkopfes ist.
Um auf bewährte Statorausgestaltungen zurückgreifen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Stator topfartig ausgebildet ist und auf dessen deckelabgewandten Seite einen Boden aufweist oder, um die Variabilität für unterschiedliche Verbrennungskraftmaschinen zu erhöhen, oder der Stator hülsenartig ausgebildet ist und auf der dem Deckel abgewandten Seite einen weiteren Deckel aufweist.
Der Bauraum lässt sich dann besonders effizient nutzen, wenn die Feder als Spiralfeder ausgebildet ist, die in einer Ebene liegt.
Die Erfindung wird auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der ein erstes Ausführungsbeispiel wiedergegeben ist. Es zeigen:
1 eine Ansicht von vorne auf einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller,
2 einen Ausschnitt aus 1 zur besseren Darstellung der Einhängung der Feder an der Schraube mit Zapfen,
3 eine der Schrauben des in den 1 und 2 dargestellten Nockenwellenversteller, an der die Feder eingehängt ist, in singulärer Darstellung von der Seite, und
4 eine Ansicht von oben auf die Schraube aus 3, mit von dem Schraubenkopf axial abstehenden Zapfen.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 2 auf, sowie einen Rotor 16.
Der Stator 2 kann als integraler Bestandteil auch ein Zahnrad 3 mit einer Außenverzahnung 4 aufweisen. Das Zahnrad 3 kann jedoch am Stator 2 auch als separates Bauteil angebracht werden und mit dem Stator 2 verdrehsicher verbunden werden. Hierfür bieten sich bspw. Schrauben 5 an, von denen in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 vier verwendet werden.
Die Schraube 5 weist einen Schaft 6 auf, der ein Außengewinde 7 aufweist, wie gut in 3 zu erkennen ist. Besonders gut ist auch dort zu erkennen, dass an einem Ende des Schafts 6 der Schraube 5 ein Schraubenkopf 8 vorhanden ist, der auf seiner dem Schaft 6 zugewandten Seite einen Konus 9 aufweist. Der Konus 9 hat einen Öffnungswinkel von 92,5°, kann jedoch auch 93,5° oder 91,5° betragen.
Auf der dem Schaft 6 abgewandten Seite des Schraubenkopfes 8 ist ein Zapfen 10 ausgebildet, der auf seiner Außenseite ein Vielzahnprofil 11 aufweist. Einzelne Zähne des Vielzahnprofils 11 sind auf ihrer Außenseite konvex, insbesondere zylindrisch ausgeformt, um ein Torx-Plus-Äuquivalent auszuformen. Das Vielzahnprofil 11 gibt eine Vielzahnform wieder.
Die Außenkontur des Vielzahnprofils 11 des Zapfens 10 ist nach Art eines Torx-Profils oder eines Torx-Plus-Profils ausgebildet.
Eine als Spiralfeder 13 ausgeformte und angeordnete Feder 14 weist ein erstes Ende 15 auf, das an dem Rotor 16 eingehängt ist. Das erste Ende 15 der Feder 14 kann an einem dafür vorgesehenen Zapfen des Rotors 16 befestigt sein oder alternativ in eine entsprechend ausgeformte Nut ragen.
In 2 ist gut zu erkennen, dass ein zweites Ende 17 der Spiralfeder 13 an der Außenkontur des Zapfens 10, nämlich an den Zähnen 12 anliegt. Ein Formschluss wird dadurch geschaffen.
Die Schraube 5 ist in 3 in einer Seitenansicht auch und in 4 in einer Ansicht von oben dargestellt. Gerade die Kombination der konischen Unterseite des Schraubenkopfes und des vom Schraubenkopf 8 axial abstehenden Zapfens 10 mit einer Torx-Plus-Außenkontur hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Die vier Schrauben 5, wie sie in 1 dargestellt sind, durchdringen dabei einen Deckel 18, der über die Schrauben 5 am Stator 2 angeschraubt sind.
Die axiale Länge des Schraubenkopfes wird von dem Übergangsbereich des Zapfens 10 zum Schraubenkopf 8 und dem Übergangsbereich des Schraubenkopfes 8 zum Schaft 6 bestimmt, wohingegen die axiale Länge des Zapfens 10 zwischen dem Übergangsbereich des Zapfens 10 und dem Schraubenkopf 8 und jenem, dem Schaft 6 abgewandten Ende der Schraube 5 bestimmt wird.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Stator
3: Zahnrad
4: Verzahnung
5: Schraube
6: Schaft
7: Außengewinde
8: Schraubenkopf
9: Konus
10: Zapfen
11: Vielzahnprofil
12: Zahn
13: Spiralfeder
14: Feder
15: erstes Ende
16: Rotor
17: zweites Ende
18: Deckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008051755 A1 [0004]
JP 2003/120229 [0005, 0008]
US 20070215085 [0006]
US 2007/0000462 A1 [0007]

Claims

Nockenwellenversteller (1) mit einem Stator (2) und einem Rotor (16), wobei am Stator (2) zumindest ein Deckel (18) über zumindest eine Schraube (5), die einen Schraubenkopf (8) aufweist, angebracht ist, wobei eine Feder (14) kraftübertragend mit dem Rotor (16) und der Schraube (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) an einem auf dessen Außenseite polygonartig ausgeformten, den Schraubenkopf (8) verlängerndem Zapfen (10) der Schraube (5) anliegt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) formschlüssig an dem Zapfen (10) anliegt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) eine Vielzahnform aufweist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) eine Torx- oder Torx-Plus-Außenform aufweist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) zylindrische Segmente im Bereich seiner größten Radialerstreckung aufweist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (8) auf seiner dem Stator (2) zugewandten Seite konisch ausgebildet ist
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus auf der dem Stator (2) zugewandten Seite des Schraubenkopfes (8) zwischen 90° und 94° misst, vorzugsweise 92,5° misst.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) eine axiale Länge aufweist, die weniger als dreimal so lang, wie die axiale Länge des Schraubenkopfes (8) ist, aber mehr als zweimal so lang, wie die axiale Länge des Schraubenkopfes (8) ist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) topfartig ausgebildet ist und auf der dem Deckel (18) abgewandten Seite einen Boden aufweist oder hülsenartig ausgebildet ist und auf der dem Deckel (18) abgewandten Seite einen weiteren Deckel aufweist.
Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) als Spiralfeder (13) ausgebildet ist, die in einer Ebene liegt.