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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem Stator, mit einem relativ zum Stator um eine Drehachse drehbaren Rotor, mit einem Rückstellmittel, das den Rotor gegen den Stator vorspannt, mit einem dem Stator axial aufmontierten Frontdeckel und mit einem axial aufgesteckten, das Rückstellmittel abdeckenden Schutzdeckel, der einen axial über den Frontdeckel hinaus verlängerten Bund aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
WO 03/085238 A1 ist ein Nockenwellenversteller der eingangs genannten Art bekannt. Ein derartiger Nockenwellenversteller dient der Einstellung der Phasenlage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Verbrennungsmaschine. Das als Stator bezeichnete Bauteil ist hierbei über einen entsprechenden Stelltrieb mit der Kurbelwelle verbunden. Der mit dem Nockenwellenversteller verbundene Rotor ist relativ zum Stator um eine Drehachse drehbar gelagert. Der Rotor weist eine Anzahl von Flügelelementen auf, die jeweils einen zwischen zwei Trennelementen des Stators gebildeten Arbeitsraum in zwei Druckkammern teilen. Wird eine der Druckkammern mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt und ein Auslass der anderen Druckkammer geöffnet, so kann der Rotor gegenüber dem Stator verstellt werden. Diejenige Druckkammer, die bei Druckbeaufschlagung den Rotor gegenüber dem Stator vorverstellt, wird auch als Frühverstellkammer bezeichnet. Die andere Druckkammer wird dementsprechend als Spätverstellkammer bezeichnet. Werden beide Druckkammern mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt oder abgesperrt, so ist der Rotor gegenüber dem Stator hydraulisch eingespannt.
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Zum Vorspannen des Rotors gegenüber dem Stator ist am Nockenwellenversteller entsprechend der
WO 03/085238 A1 als Rückstellmittel eine Spiralfeder vorgesehen, die in axialer Richtung vor einem Frontdeckel des Stators angeordnet ist. Die Enden der Spiralfeder sind in Zapfen eingehängt, die dem Rotor bzw. dem Stator zugeordnet sind. Die Spiralfeder kann dazu eingesetzt sein, die Verstellgeschwindigkeiten des Rotors gegenüber dem Stator in beiden Verstellrichtungen anzugleichen. In Drehrichtung des Nockenwellenverstellers muss ein zusätzliches Reibmoment durch die Nockenwelle überwunden werden. Andererseits kann die Spiralfeder auch dazu verwendet sein, bei Stillstand der Verbrennungsmaschine eine definierte Winkellage zwischen dem Rotor und dem Stator einzustellen, in der Rotor und Stator zueinander verriegelt werden. Eine Verriegelung in einer definierten Winkellage ist insbesondere in einer Startphase der Verbrennungsmaschine sinnvoll, in der im hydraulischen System noch kein ausreichend hoher Druck erzeugt ist.
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Der das Verriegelungsmittel abdeckende Schutzdeckel ist gegen ein axiales Abziehen mittels Rastnasen gesichert, die den Frontdeckel hintergreifen. Die Rastnasen sind an einem axial über dem Frontdeckel hinaus verlängerten Bund des Schutzdeckels angeordnet. Zum Eingriff der Rastnasen ist durch Vergrößerung des Frontdeckels oder durch einen Einstich am Außendurchmesser des Stators der notwendige Freiraum geschaffen. Gemäß der
WO 03/085238 A1 ist der Schutzdeckel durch ein zwischen die Rastnasen und den Frontdeckel angeordnetes Dichtelement oder durch eine Presspassung am Frontdeckel abgedichtet. Während des Betriebs füllt sich der Schutzdeckel mit Hydraulikflüssigkeit, wodurch eine Schwingungsdämpfung der axial vorgelagerten Spiralfeder erzielt wird.
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Nachteiligerweise ist zur axialen Befestigung während der Montage eine Umformung des Schutzdeckels erforderlich. Dies birgt jedoch ein Risiko für eine Beschädigung oder für eine unerwünschte Verschiebung der Bauteile zueinander.
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Zur Befestigung eines Schutzdeckels für ein Rückstellmittel an einem Nockenwellenversteller wird weiter in der
DE 10 2008 051 732 A1 ein Formschluss am Außendurchmesser des Frontdeckels vorgeschlagen. In einer Ausführungsvariante greift hierbei eine Haltelasche in eine Ausbuchtung am Außendurchmesser des Frontdeckels ein. Der Formschluss hat sich jedoch während des Betriebs als nachteilig herausgestellt. Das Spiel im Formschluss kann zu einem erhöhten Verschleiß und zu Vibrationsrissen im Schutzdeckel führen.
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Des Weiteren wird in der
DE 10 2010 005 602 A1 vorgeschlagen, einen Frontdeckel mit einem axial vorstehenden Bund auszubilden, in dem der Schutzdeckel mit Formschluss gehalten ist. Auch hier führt das Spiel im Formschluss unter Umständen nachteiligerweise zu einem erhöhten Verschleiß und zu Vibrationsrissen im Schutzdeckel.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenversteller der eingangs genannten Art anzugeben, wobei der Schutzdeckel bei leichter Bauweise möglichst einfach und stabil montiert werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die gestellte Aufgabe wird für einen Nockenwellenversteller der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schutzdeckel an einem axial verlängerten Bund mittels einer Presspassung kraftschlüssig am Außendurchmesser des Stators befestigt ist.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht bei vergleichsweise einfachem Design des Schutzdeckels eine einfache Montage, indem der Schutzdeckel in axialer Richtung einfach dem Nockenwellenversteller aufgesteckt wird. In einfachster Ausgestaltung hat der Schutzdeckel hierbei eine im Wesentlichen topfförmige Gestalt. Der Innendurchmesser am verlängerten Bund ist geringer gewählt als der Außendurchmesser des Stators. Nach dem Aufschieben des Bundes über den Stator hält der Schutzdeckel über die elastische Federkraft des am Bund eingesetzten Materials. Bevorzugt ist dabei der Schutzdeckel aus einem Stahlblech durch einen spanlosen Umformprozess, wie z. B. mittels Tiefziehen, hergestellt. Durch die elastische Rückstellkraft des Blechs hält ein derartiger Schutzdeckel im Querpressverband am Außendurchmesser des Stators.
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Der Schutzdeckel hat insbesondere die Funktion, das Rückstellmittel, wie zum Beispiel eine Spiralfeder, beim Transport des Nockenwellenverstellers axial zu fixieren. Zugleich vermindert der Schutzdeckel bei der Montage das Risiko einer Verletzung des Monteurs durch unbedachtes Eingreifen in das Rückstellmittel. Weiter verhindert der Schutzdeckel während des Betriebs des Nockenwellenverstellers ein unerwünschtes axiales oder radiales Ausschwingen des Rückstellmittels in den Motorbereich der Verbrennungsmaschine.
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Vorliegend wird der Begriff des Stators losgelöst von dem Frontdeckel oder einem weiteren Deckel verwendet. Vielmehr wird unter dem Begriff eines Stators das von dem Deckel getrennte Kernelement verstanden, in welchem der Rotor des Nockenwellenverstellers aufgenommen ist. Zu diesem Kernelement gehört üblicherweise ein Außenrad, über welches der Stator mit der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine drehfest verbunden werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die axiale Länge des den Frontdeckel überragenden Bundes als solcher oder eines die Presspassung ausbildenden Axialabschnitts am Bund zwischen 4 mm und 6 mm. Dadurch wird zum einen ein stabiler Halt des Schutzdeckels am Außendurchmesser des Stators erzielt. Zum anderen ist hierdurch bei der Montage zugleich eine ausreichende axiale Führung für den Schutzdeckel gewährleistet. Die Presspassung selbst wird vorteilhafterweise mit einem radialen Übermaß bis zu 150 μm ausgeführt, um ein einfaches Aufstecken bei gleichzeitigem sicherem Halt zu ermöglichen.
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Zur Erleichterung der Montage ist in einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Außendurchmesser des Stators zumindest im Bereich der Presspassung größer als der Außendurchmesser des Frontdeckels. Somit kann der Schutzdeckel mit seinem Bund zunächst leicht über den Frontdeckel geschoben werden. Erst bei Erreichen des Außendurchmessers des Stators muss eine Kraft zur Verformung des Schutzdeckels aufgewendet werden, um die Presspassung zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise ist der Frontdeckel im Schutzdeckel mit einer radialen Spielpassung aufgenommen. Durch die Presspassung am Außendurchmesser des Stators ist eine weitere radiale Fixierung am Frontdeckel nicht notwendig. Ist eine radiale Spielpassung vorgesehen, so ist die Montage des Schutzdeckels weiter vereinfacht.
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Das Vorsehen einer Presspassung am Außendurchmesser des Stators erlaubt es weiterhin, dort unmittelbar Formschlusselemente vorzusehen, die den Schutzdeckel zusätzlich gegen ein axiales Ablösen sichern. Derartige Formschlusselemente können beispielsweise Rastelemente sein, die in lokal oder umfänglich am Außenmantel des Stators eingebrachte Vertiefungen eingreifen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist eine oder jede dieser Vertiefungen gegenüber dem oder jedem Rastelement ein höheres radiales Übermaß auf als der Außendurchmesser des Stators gegenüber dem Bund des Schutzdeckels im Bereich der Presspassung. Auf diese Weise wird durch die Formschlusselemente der Schutzdeckel nicht nur gegen ein axiales Ablösen gesichert, sondern durch einen zusätzlichen Querpressverband gehalten. Insbesondere ist hierbei ein durch die radial nach innen gerichteten Rastelemente gegebener kleinster Bohrungsdurchmesser um 150 μm bis 200 μm kleiner gewählt als der durch den Grund der Vertiefungen gegebene kleinste Außendurchmesser am Stator. Durch die lokalen Rastelemente lässt sich die Presspassung bei weiterhin gegebener vergleichsweise einfacher Montage verstärken.
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Bevorzugt ist die oder jede Vertiefung an einem Rand des Stators eingebracht, so dass das jeweils in Eingriff mit der Vertiefung stehende Rastelement unmittelbar den Frontdeckel hintergreift. Die Vertiefung kann hierbei lokal oder als ein umlaufender Einstich in den Außenmantel des Stators eingebracht sein. Beim Aufschieben des Schutzdeckels schnappen die Rastelemente hinter den Frontdeckel ein und bilden gemeinsam mit dem verlängerten Bund eine Presspassung am Stator aus. Durch den Hintergriff der Rastelemente ist zugleich der Schutzdeckel vor einem axialen Ablösen gut gesichert.
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Um beim Überschieben des Schutzdeckels über den Frontdeckel eine plastische Verformung im Bereich der Rastelemente zu vermeiden, ist in einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung am Bund des Schutzdeckels eine Anzahl von radial nach außen gerichteten Ausformungen vorgesehen. Beim Überstreifen des Schutzdeckels über den Frontdeckel können sich diese Ausformungen strecken, so dass eine plastische Verformung der Rastelemente vermieden ist. Insbesondere sind die Ausformungen durch radial nach außen ausgestellte Bogenabschnitte ausgebildet.
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Es hat sich weiter herausgestellt, dass eine plastische Verformung der Rastelemente durch die nach außen gerichteten Ausformungen am wirkungsvollsten vermieden ist, wenn die oder jede nach außen gerichtete Ausformung in Umfangsrichtung betrachtet jeweils zwischen zwei benachbarte Rastelemente eingebracht ist.
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Üblicherweise muss nach der Montage der Frontdeckel zum Einstellen eines gewünschten Verriegelungsspiels durch Verdrehen nachjustiert werden. Zweckmäßigerweise weist daher der Schutzdeckel am Bund eine Anzahl von Montageöffnungen zum Durchgriff auf den Frontdeckel auf.
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Zu einer weitere verbesserten Montage ist vorteilhafterweise der Bund des Schutzdeckels an seinem axialen Ende innen insbesondere durch eine Einführschräge oder durch einen Durchmesserabsatz aufgeweitet. Hierdurch wird eine sichere Zentrierung des Schutzdeckels bei seinem Aufstecken auf den Nockenwellenversteller erreicht. Durch das Einbringen einer derartigen Aufweitung kann der Bund mittels eines geeigneten Abziehwerkzeugs ergriffen und so der Schutzdeckel vom Nockenwellenversteller abgezogen werden. Insbesondere erleichtert sich das Abziehen des Schutzdeckels auch dadurch, dass die vorerwähnten radial nach außen gerichteten Ausformungen am Bund vorgesehen sind. Diese erleichtern eine Aufweitung des Bundes zum Zwecke des Abziehens.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: in perspektivischer Ansicht einen Nockenwellenversteller mit einem Schutzdeckel für ein Rückstellmittel,
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2: den Nockenwellenversteller gemäß 1 in einem Querschnitt,
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3: in perspektivischer Ansicht den Schutzdeckel des Nockenwellenverstellers entsprechend 1,
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4: den Schutzdeckel entsprechend 3 in einem Querschnitt,
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5: eine alternative Ausgestaltung eines Schutzdeckels für den Nockenwellenversteller entsprechend 1 und
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6: den Schutzdeckel entsprechend 5 in einem Querschnitt.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 dargestellt, der einen Stator 2 sowie einen im Stator 2 drehbar gelagerten Rotor 3 umfasst. Die Drehachse 4 des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 ist eingezeichnet.
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Vom Stator 2 ist in 1 im Wesentlichen ein Außenrad 5 mit einer Verzahnung erkennbar. Mittels eines nicht dargestellten Kettentriebs ist das Außenrad 5 des Stators 2 drehfest mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungsmaschine gekoppelt. Über eine im Innenraum des Stators 2 erkennbare zentrale Ausnehmung wird der Rotor 3 drehfest mit einer Nockenwelle gekoppelt.
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In axialer Richtung ist auf dem Stator 2 (siehe auch 2) als Rückstellmittel 6 eine Spiralfeder 7 angeordnet. Die Enden der Spiralfeder 7 sind an Zapfen 8, 9 eingehängt. Die beiden Zapfen 8, 9 sind mit dem Stator 2 bzw. mit dem Rotor 3 gekoppelt. Durch die Spiralfeder 7 wird der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 vorgespannt. Dadurch kann zum einen die Verstellgeschwindigkeit des Rotors 3 in beide Verstellrichtungen angeglichen werden. Zum anderen können über das Rückstellmittel 6 bzw. die Spiralfeder 7 der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 bei einem Stillstand der Verbrennungsmaschine in eine vorbestimmte Winkellage zueinander gebracht werden. In dieser Winkellage kann eine Verriegelung zwischen Rotor 2 und Stator 3 stattfinden. Dies ist in einer Startphase der Verbrennungsmaschine von Vorteil, wenn noch nicht ausreichend Druck im Hydrauliksystem erzeugt ist.
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Zur Abdeckung des Rückstellmittels 6 ist dem Stator 2 axial ein Schutzdeckel 10 aufgesetzt. Hierdurch ist die Spiralfeder 7 in axialer Lage fixiert. Zugleich ist ein Ausschwingen der Spiralfeder 7 sowohl in axialer als auch in radialer Lage während der Montage und während des Betriebs verhindert.
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Im Querschnitt des Nockenwellenverstellers 1 entsprechend 2 wird der innere Aufbau genauer ersichtlich. Vom Rotor 3 ist ein Flügelelement 12 angeschnitten. Das Flügelelement 12 weist an seinem radialen Ende eine Nut auf, in die mittels eines Spannmittels 13 ein Dichtelement 14 zum Abdichten gegenüber dem Stator 2 montiert ist. Das Flügelelement 12 trennt einen zwischen zwei nicht sichtbaren Trennelementen des Stators 2 ausgebildeten Arbeitsraum in zwei Druckkammern. Durch wechselseitige Beaufschlagung der Druckkammern mit einer Hydraulikflüssigkeit kann der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 verstellt werden.
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Im Inneren des Stators 2 ist der Rotor 3 axial mittels eines Rückdeckels 16 und mittels eines Frontdeckels 18 gehalten. In axialer Richtung dichtet das Flügelelement 12 unmittelbar gegen den Rückdeckel 16 und den Frontdeckel 18 ab. Vor dem Frontdeckel 18 ist die in 1 bereits dargestellte Spiralfeder 7 montiert. Zum Schutz der aus 1 erkennbaren Zapfen 8, 9 ist ein Schutzelement 28 eingesetzt.
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Es wird erkennbar, wie der Schutzdeckel 10 mit seinem in axialer Richtung über den Frontdeckel 18 hinaus verlängerten Bund 20 auf den Stator 2 geschoben ist. Der Bund 20 ist dabei am Außendurchmesser des Stators 2 mittels einer Presspassung fixiert. Zusätzlich sind in den Bund 20 des Schutzdeckels 10 lokale Rastelemente 25 eingebracht, die in entsprechende lokale Vertiefungen 26 am Außenmantel des Stators 2 eingreifen. Die Vertiefungen 26 sind am Rand der Stators 2 eingebracht. Die Rastelemente 25 hintergreifen unmittelbar den Frontdeckel 18.
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Die Rastelemente 25 sind radial nach innen derart eingebracht, dass in den Vertiefungen eine stärkere Presspassung am Außendurchmesser des Stators 2 erzielt wird als im Bereich der Presspassung am Bund 20 des Schutzdeckels 10.
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Der Außendurchmesser des Frontdeckels 18 ist kleiner gewählt als der Außendurchmesser des Stators 2 im Bereich der Presspassung des Bundes 20. Der Frontdeckel 18 ist mit radialem Spiel im Schutzdeckel 10 aufgenommen. Zwischen Frontdeckel 18 und dem Bund des Schutzdeckels 10 resultiert ein Ringspalt 23.
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In 3 ist der Schutzdeckel 10 entsprechend 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von innen dargestellt. Man erkennt die insgesamt sechs am Bund 20 angeordneten, radial nach innen gerichteten Rastelemente 25. Die Rastelemente 25 sind jeweils als lokale Einprägungen ausgestaltet. In Umfangsrichtung ist jeweils zwischen zwei benachbarten Rastelementen 25 eine Montageöffnung 30 vorgesehen, die im montierten Zustand des Schutzdeckels 10 einen Durchgriff auf den Frontdeckel 18 zur Einstellung eines Verriegelungsspiels erlaubt.
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Weiter ist in Umfangsrichtung betrachtet jeweils zwischen zwei benachbarten Rastelementen 25 eine radial nach außen gerichtete Ausformung 32 eingebracht. Die Ausformung 32 ist als ein nach außen ausgeprägter Bogenabschnitt ausgebildet. Beim Aufstecken des Schutzdeckels 10 über den Frontdeckel 18 wird der Bogenabschnitt bzw. die Ausformung 32 gestreckt, wodurch eine auf die Rastelemente 25 wirkende Verformungskraft verkleinert wird. Ein plastisches Verformen der Rastelemente 25 bzw. des Bundes 20 bei der Montage des Schutzdeckels 10 ist somit verhindert.
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Am Rand des Bundes 20 weist der Schutzdeckel 10 einen Durchmesserabsatz 34 auf. In diesem Bereich ist der Rand des Bundes 20 jeweils lokal an der Stelle der Ausformungen 32 unterbrochen.
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Im Querschnitt entsprechend 4 ist der Durchmesserabsatz 34 am Rand des Bundes 20 deutlich erkennbar. Über den Durchmesserabsatz 34 kann zum Abziehen des Schutzdeckels 10 ein geeignetes Werkzeug eingebracht werden. Durch Verformung der Ausformungen 32 lässt sich der Schutzdeckel 10 leicht über den Frontdeckel 18 abziehen. Über die erkennbaren Formschlusselemente 36 kann erzielt werden, dass sich der Schutzdeckel 10 nur in einer definierten Winkellage auf den Nockenwellenversteller 1 aufsetzen lässt.
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In 5 ist in einer perspektivischen Ansicht eine alternative Ausführungsform eines Schutzdeckels 10 für den Nockenwellenversteller entsprechend 1 dargestellt. In 6 ist der Schutzdeckel 10 entsprechend 6 in einem Querschnitt gezeigt.
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Gegenüber dem Schutzdeckel entsprechend den 3, 4 unterscheidet sich der Schutzdeckel entsprechend den 5, 6 dadurch, dass am Rand des Bundes 10 umlaufend eine Einführschräge bzw. Phase 38 eingebracht ist. Die Einführschräge ist im Bereich der Ausformungen 32 nicht unterbrochen. Weiterhin ist lediglich ein Formschlusselement 36 zu einer winkelorientierten Einbaulage vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Drehachse
- 5
- Außenrad
- 6
- Rückstellmittel
- 7
- Spiralfeder
- 8, 9
- Zapfen
- 10
- Schutzdeckel
- 12
- Flügelelement
- 13
- Spannmittel
- 14
- Dichtelement
- 16
- Rückdeckel
- 18
- Frontdeckel
- 20
- Bund
- 23
- Ringspalt
- 25
- Rastelement
- 26
- Vertiefung
- 28
- Schutzelement
- 30
- Montageöffnung
- 32
- Ausformung
- 34
- Durchmesserabsatz
- 36
- Formschlusselement
- 38
- Fase, Einführschräge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 03/085238 A1 [0002, 0003, 0004]
- DE 102008051732 A1 [0006]
- DE 102010005602 A1 [0007]
