DE102012206567A1

DE102012206567A1 - Federaufhängung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE102012206567A1
Application number: DE102012206567A
Authority: DE
Inventors: Josef Janitschek; Jürgen Weber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-24
Also published as: HUP1300223A2; US8851033B2; CN103375215B; US20130276733A1; HU230258B1; CN103375215A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) mit einem Rotor (2) und einem Stator (3), sowie mit einem am Stator (3) verdrehsicher angebrachten vom Stator (3) separaten Deckel (4), mit einer als Spiralfeder (10) ausgebildeten Feder (11), wobei die Spiralfeder (10) ein inneres, erstes Ende (9) aufweist, das formschlüssig am Rotor (2) festgelegt ist und ein äußeres, freies Ende (13) aufweist, das formschlüssig am Deckel (4) festgelegt ist, wobei das zweite Ende (13) der Spiralfeder (10) in einer im Deckel (4) vorhandenen Nut (17) befindlich ist, wobei sich die Nut (17) so erstreckt, dass sich das zweite Ende (13) der Spiralfeder (10) von einer dem Stator (3) abgewandten Seite des Deckels (4) bis auf eine dem Stator (3) zugewandte Seite des Deckels (4) erstreckt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Rotor und einem Stator, sowie mit einem am Stator verdrehsicher angebrachten, vom Stator separaten Deckel, mit einer als Spiralfeder ausgebildeten Feder, wobei die Spiralfeder ein inneres, erstes Ende aufweist, das formschlüssig am Rotor festgelegt ist und ein äußeres, zweites Ende aufweist, das formschlüssig am Deckel festgelegt ist, wobei das zweite Ende der Spiralfeder in einer im Deckel vorhandenen Nut befindlich ist.
Nockenwellenversteller, insbesondere hydraulische Nockenwellenversteller sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt, etwa aus der US 6,276,321 B1 .
In modernen Verbrennungskraftmaschinen werden solche Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist der Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann ein Zugmittel, wie einen Riemen- oder Kettentrieb aufweisen. Auch ein Zahnradtrieb lässt sich diesbezüglich einsetzen.
Aus dem Stand der Technik ist ein Nockenwellenversteller bekannt, der eine Spiralfeder einsetzt, wobei die Spiralfeder einen radial abstehenden Abschnitt aufweist, der in eine Nut eingesetzt ist, die sich auf der Innenseite eines Deckels befindet. Diesbezüglich wird erneut auf die US 6,276,321 B1 verwiesen.
Nockenwellenversteller mit Schraubenfedern sind ferner aus der US 7503294 B2 und der EP 1 365 112 A2 bekannt.
Aus der DE 10 2006 002 993 A1 ist auch eine sehr ausfallsichere Nockenwellenverstellerausgestaltung für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, wobei jedoch die dort eingesetzte Spiralfeder über Vorsprünge und Zapfen gehaltert wird.
Auch die aus der DE 103 51 223 B4 bekannte Lösung setzt auf das Eingreifen einer Spiralfeder in einen Vorsprung eines Gegenformschlusselementes, das separat von Stator und Deckel verwendet wird.
Bei bekannten Lösungen, wie etwa dem Realisieren einer Federaufhängung an Zapfen von bspw. M6-Schrauben oder an Rotorstiften sind zusätzliche Bauteile notwendig. Leider ist häufig eine komplizierte Montage, bedingt durch ein axiales Abstreifen der vorgespannten Feder während der Montage, die Folge sowie ein hohes Verschleißrisiko vorhanden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und einen günstig herstellbaren und robusten hydraulischen Nockenwellenversteller zur Verfügung zu stellen, der eine langlebige Federaufhängung aufweist, mit der die Montage einer Rückstellfeder einfach möglich ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller dadurch gelöst, dass sich die Nut so erstreckt, dass sich das zweite Ende der Spiralfeder von einer dem Stator abgewandten Seite des Deckels bis auf eine dem Stator zugewandte Seite des Deckels erstreckt.
Die Feder durchdringt somit den Deckel komplett. Das sonst bei Spiralfedern übliche Abstreifen nach Erzielen der Vorspannung kann vermieden werden. Eine zusätzliche Fixierung in Form eines Federdeckels kann entfallen. Eine besonders robuste Aufhängung der Rückstellfeder wird realisiert. Die Montage wird vereinfacht.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Nut parallel zur Axialrichtung des Nockenwellenverstellers ausgerichtet ist oder schräg dazu ausgerichtet ist und vorzugsweise auf der Umfangsfläche des Deckels vorhanden ist. Bei der Positionierung der Nut auf der Umfangsfläche, ist die Zugänglichkeit der Feder besonders gut und nahezu der gesamte Durchmesserbereich des Deckels kann von der Feder zum Hervorrufen einer Rückstellkraft genutzt werden. Besonders große Rückstellkräfte lassen sich dadurch realisieren. Die Fertigung einer parallel zur Axialrichtung des Nockenwellenverstellers ausgerichteten Nut ist besonders kostengünstig, wohingegen eine schräg zur Axialrichtung ausgerichtete Nut Vorteile bzgl. der Langlebigkeit der Feder aufweist.
Besonders langlebig ist die Feder dann, wenn die Nut zwischen 40° und 50°, vorzugsweise 45° zur Axialrichtung in Umfangsrichtung geneigt ist. Auf diese Weise kann auf 90° Biegungen in der Feder verzichtet werden, die sonst die Bruchgefahr erhöhen würde.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Nut in eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Tasche übergeht, in der ein abgewinkelter Flansch des zweiten Endes der Spiralfeder befindlich ist. Eine axiale Sicherung wird durch das Eingreifen des Flansches der Spiralfeder in die Tasche, zum Erzeugen eines Formschlusses über einen Hinterschnitt, realisiert.
Wenn die Tasche durch eine im Stator und/oder im Deckel befindliche Ausnehmung ausgeformt ist, so lässt sich der für den Nockenwellenversteller zur Verfügung stehende Bauraum besonders effizient nutzen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stator die Tasche aufweist, da dann die axiale Länge des Nockenwellenverstellers besonders gering sein kann und die Tasche einfach ausbildbar ist. Diese Tasche im Stator lässt sich dadurch besonders einfach herstellen, da der Stator üblicherweise aus Sintermaterial hergestellt ist und während des Aufbaus des Stators die Tasche einfach vorgehalten werden kann.
Um eine besonders gute Funktionalität zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn die Ausnehmungen im Stator und die Ausnehmungen im Rotor miteinander fluchten, um die Tasche auszuformen. Eine vorteilhafte Variante ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die eine Hälfte der Tasche im Stator und die andere Hälfte der Tasche im Deckel befindlich sind.
Die Anpassung der Feder an die Nut ist dann bei Verminderung der Bruchgefahr besonders gut, wenn das zweite Ende der Spiralfeder zumindest einmal in Axialrichtung gebogen ist, vorzugsweise um 42° gebogen ist.
Zweckmäßig ist es auch, wenn der Flansch in einer zur Axialrichtung orthogonal ausgerichteten Ebene befindlich ist, die in Axialrichtung versetzt zu einer die Spiralfeder überwiegend aufnehmenden Federebene ist. Die Spiralfeder liegt somit mit Ausnahme des zweiten Endes in einer ersten Federebene, wobei eine axiale Sicherung durch den in einer dazu parallel verlaufenden Ebene angeordneten Flansch gewährleistet ist, der in rückgehaltener Wirkbeziehung mit dem Deckelmaterial steht.
Die Variabilität des Nockenwellenverstellers lässt sich erhöhen, wenn ein Deckel am Stator und/oder einem Zahnrad befestigt ist, vorzugsweise verschraubt ist, wobei der Stator einteilig mit dem Zahnrad verbunden ist oder, bei einer zumindest zweiteiligen Ausgestaltung von Stator und Zahnrad, an einem oder beiden Bauteilen angeschraubt ist. Gerade die Verwendung von Schrauben ist von Vorteil, da deren Anbringung besonders schnell und effizient vonstattengehen kann. Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich der Stator auch ein Langloch aufweisen könnte, indem die entsprechende Schraube befindlich ist. Das Langloch könnte dann auch eine gebogene Form, wie eine Bananenform aufweisen, wobei jedoch die übliche kreisrunde Form eine kostengünstigere und schneller einzubringende Variante ist.
Zweckmäßig ist es auch, wenn am Deckel ein axial abstehender Umlenkzapfen angebracht ist, um den die Spiralfeder umgelenkt ist.
Die Erfindung wird auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wobei eine einen Flansch einer Spiralfeder aufnehmende Tasche vollständig im Deckel befindlich ist,
2 eine erste perspektivische Darstellung der in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Spiralfeder,
3 eine zweite perspektivische Darstellung der in 2 dargestellten Spiralfeder,
4 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels aus 1 in einer teilweisen Schnittdarstellung,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers, wobei die den Flansch am zweiten Ende der Spiralfeder aufnehmende Tasche bzgl. ihres Volumens zur Hälfte durch den Deckel und den Stator gebildet ist, und
6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers, wobei der Flansch am zweiten Ende der Spiralfeder in einer Tasche beherbergt ist, die vollständig durch den Stator gebildet ist.
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 erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf. Am Stator 3 ist ein Deckel 4 angebracht.
Der Stator 3 ist mit einem Zahnrad 5 verbunden. Das eine Verzahnung 6 aufweisende Zahnrad ist zum in Kontakt gelangen mit einem Zugmittel, wie einer Kette ausgebildet. Bei entsprechender Wahl der Verzahnung 6 kann jedoch auch ein Riemen zum Einsatz kommen.
Der Stator 3 und das Zahnrad 5 können auch als gleichseitiges Bauteil ausgebildet sein. Der Deckel 4 wird über Befestigungsmittel, im vorliegendem Fall etwa Schrauben 7 am Stator befestigt. Über dieselben Schrauben 7 oder separate Schrauben 7, ist auch das Zahnrad 5 am Stator 3 und am Deckel 4 befestigbar.
Am Rotor 2 ist eine Kerbe 8 auf der Außenseite ausgebildet, in der ein erstes Ende 9 einer als Spiralfeder 10 ausgebildeten Feder 11 formschlüssig befindlich ist.
Die Spiralfeder 10 liegt im Wesentlichen in einer Ebene und umgibt spiralförmig den Rotor 2. Sie ist an einem Umlenkzapfen 12 in dieser Ebene radial leicht umgelenkt. Radial weiter außerhalb vom Umlenkzapfen 12 weist die Spiralfeder 10 ein zweites Ende 13 auf. Am zweiten Ende 13 ist die Spiralfeder 10 an einer ersten Umlenkstelle 14 um 45° axial nach außen gebogen und an einer zweiten Umlenkstelle 15 gegensinnig in Umfangsrichtung umgebogen. Durch die Umbiegung an der zweiten Umlenkstelle 15 wird ein Flansch 16 ausgebildet. Der Flansch 16 liegt in einer orthogonal zur Axialrichtung ausgerichteten Ebene, welche parallel zu der den überwiegenden Rest der Spiralfeder 10 aufnehmenden Ebene angeordnet ist.
Das zweite Ende 13 ist in einer Nut 17 im Deckel 4 befindlich, wobei sich die Feder 11 von einer ersten Seite 18 zu einer zweiten Seite 19 des Deckels 4 erstreckt. Die zweite Seite 19 des Deckels 4 ist in Kontakt mit dem Stator 3. Das zweite Ende 13 der Spiralfeder 10 durchdringt daher nahe der größten radialen Erstreckung des Deckels 4 diesen Deckel 4 komplett.
Der Flansch 16 der Spiralfeder 10 ist dabei in einer Tasche 20 befindlich.
In den 2 und 3 ist die Spiralfeder in zwei unterschiedlichen perspektivischen Ansichten dargestellt, um die räumliche Ausprägung der Feder besser erfassen zu können.
In 4 ist die Variante noch einmal in einer Schnittdarstellung visualisiert, um zu zeigen, dass die Schraube 7 komplett durch das Zahnrad 5, den Stator 3 und den Deckel 4 hindurch ragt, wobei ein Schraubenkopf der Schraube 7 auf der Seite des Zahnrades 5 befindlich ist.
Die Tasche 20 ist vollständig im Deckel 4 ausgebildet und durch das Material des Deckels 4 und das Material des Stators 3 definiert. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die Tasche 20 volumenmäßig zur Hälfte im Deckel 4 befindlich und volumenmäßig zur Hälfte im Stator 3 befindlich.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist die Tasche 20 volumenmäßig zur Gänze im Stator 3 ausgebildet, so dass der Flansch 16 am zweiten Ende 13 der Spiralfeder 10 ausschließlich dort befindlich ist.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Rotor
3: Stator
4: Deckel
5: Zahnrad
6: Verzahnung
7: Schraube
8: Kerbe
9: erstes Ende
10: Spiralfeder
11: Feder
12: Umlenkzapfen
13: zweites Ende
14: erste Umlenkstelle
15: zweite Umlenkstelle
16: Flansch
17: Nut
18: erste Seite
19: zweite Seite
20: Tasche

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

US 6276321 B1 [0002, 0004]
US 7503294 B2 [0005]
EP 1365112 A2 [0005]
DE 102006002993 A1 [0006]
DE 10351223 B4 [0007]

Claims

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) mit einem Rotor (2) und einem Stator (3), sowie mit einem am Stator (3) verdrehsicher angebrachten, vom Stator (3) separaten Deckel (4), mit einer als Spiralfeder (10) ausgebildeten Feder (11), wobei die Spiralfeder (10) ein inneres, erstes Ende (9) aufweist, das formschlüssig am Rotor (2) festgelegt ist und ein äußeres, freies Ende (13) aufweist, das formschlüssig am Deckel (4) festgelegt ist, wobei das zweite Ende (13) der Spiralfeder (10) in einer im Deckel (4) vorhandenen Nut (17) befindlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (17) so erstreckt, dass sich das zweite Ende (13) der Spiralfeder (10) von einer dem Stator (3) abgewandten Seite des Deckels (4) bis auf eine dem Stator (3) zugewandte Seite des Deckels (4) erstreckt.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (17) parallel zur Axialrichtung des Nockenwellenverstellers (1) ausgerichtet ist oder schräg dazu ausgerichtet ist und vorzugsweise auf der Umfangsfläche des Deckels (4) vorhanden ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (17) zwischen 40° und 50°, vorzugsweise 45° zur Axialrichtung in Umfangsrichtung geneigt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (17) in eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Tasche (20) übergeht, in der ein abgewinkelter Flansch (16) des zweiten Endes (13) der Spiralfeder (10) befindlich ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche (20) durch eine im Stator (3) und/oder im Deckel befindliche Ausnehmung ausgeformt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung im Stator (3) und die Ausnehmung im Rotor (2) miteinander fluchten, um die Tasche (20) auszuformen und ggf. die eine Hälfte der Tasche (20) im Stator (3) und die andere Hälfte der Tasche (20) im Deckel (4) befindlich ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (13) der Spiralfeder (10) zumindest einmal in Axialrichtung gebogen ist, vorzugsweise um 45° gebogen ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (16) in einer zur Axialrichtung orthogonal ausgerichteten Ebene befindlich ist, die in Axialrichtung versetzt zu einer die Spiralfeder (10) überwiegend aufnehmenden Federebene ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (4) am Stator (3) und/oder einem Zahnrad (5) befestigt ist, vorzugsweise verschraubt ist, wobei der Stator (3) einteilig mit dem Zahnrad (5) verbunden ist oder bei einer zumindest zweiteiligen Ausgestaltung von Stator (3) und Zahnrad (5) an einem oder beiden Bauteilen angeschraubt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Deckel (4) ein axial abstehender Umlenkzapfen (12) angebracht ist, um den die Spiralfeder (10) umgelenkt ist