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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Ein gattungsgemäßer Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
EP 1 979 582 B1 bekannt. Der Nockenwellenversteller weist in seinem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor auf. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl Arbeitskammern unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Druckräume unterteilt sind. Je nach der Beaufschlagung der Druckkammern mit einem Druckmittel wird der Rotor gegenüber dem Stator und damit auch die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh” oder „spät” verstellt. Der Druckaufbau des Druckmittels erfolgt ebenfalls über die Kurbelwelle, was zur Folge hat, dass bei niedrigen Drehzahlen nur ein geringer Druckmittelfluss bereitgestellt wird. Dieser geringe Druckmittelstrom hat den Nachteil, dass unter ungünstigen Umständen eine unerwünschte Verstellung des Nockenwellenverstellers auftreten kann, was in der Folge zu einem ungünstigen Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere in der Kaltstartphase, mit ungünstigen Verbrauchswerten mit einem unruhigen Lauf führen kann. Aus diesem Grund ist in dem aus der
EP 1 979 582 B1 bekannten Nockenwellenversteller eine spiralförmige Torsionsfeder zwischen dem Rotor und dem Stator vorgesehen. Die Torsionsfeder ist mit einem radial äußeren Ende an einem dem Stator zugeordneten Vorsprung und mit einem radial inneren Ende an einem dem Rotor zugeordneten Stift eingehängt. Die Spiralfeder ist durch einen in einen ringzylindrischen Fortsatz des Stators eingepressten Deckel nach außen gesichert.
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Die
DE 10 2010 023 193 A1 zeigt einen Flügelrotor. Der Flügelrotor weist einen Flügel auf, um eine Voreilkammer von einer Verzögerungskammer zu trennen. Ein Ventilelement stellt die Verbindung zwischen einem Verriegelungsanschluss und einem Auslassanschluss her, um ein Fluid aus dem Verriegelungsanschluss abzulassen, wenn eine Bewegung in einen ersten Bereich stattfindet, der ein Ende eines beweglichen Bereiches in der ersten Richtung aufweist. Das Regulierelement bewegt sich im Flügelrotor in eine Schubrichtung in einer Aussparung, die von einer Innenfläche des Gehäuses ausgespart ist, wobei eine Vorspannung von einem Federelement erfolgt, um die Rotationsphase in einer Regulierphase im ersten Bereich zu verriegeln, wenn ein Fluid aus der Verriegelungskammer abgelassen wird. Das Ventilelement ist konfiguriert, einen Betriebsanschluss mit einem Zuführanschluss zu verbinden, um ein Fluid der Voreilkammer zuzuführen, wenn es in einem Drosselbereich im ersten Bereich ist, sodass eine Strömung eines Fluids, das der Voreilkammer zugeführt wird, gedrosselt wird, um kleiner als eine Strömung eines Fluids zu sein, wenn das Ventilelement am Ende des beweglichen Bereiches in der ersten Richtung ist.
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Die
DE 10 2008 056 796 A1 zeigt einen Rotationskolbenversteller für eine Brennkraftmaschine, welcher umfasst: einen mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung bringbaren Außenrotor; einen mit einer Nockenwelle drehfest verbindbaren Innenrotor, wobei Außen- und Innenrotor drehverstellbar um eine gemeinsame Drehachse gelagert sind und eine Drehwinkelstellung des Innenrotors zum Außenrotor mittels eines zumindest ein gegeneinander wirkendes Druckkammerpaar umfassenden hydraulischen Stellmechanismus verstellbar ist, sowie eine Drehfeder, die mit dem Außen- und Innenrotor so drehgekoppelt ist, dass der Innenrotor gegenüber dem Außenrotor in eine Verstellrichtung vorgespannt wird, wobei die Drehfeder mit einem hakenförmigen ersten Endabschnitt an einem mit dem Innenrotor drehfest verbundenen, ersten Einhängelement eingehängt ist. Der Rotationskolbenversteller zeichnet sich durch zwei mit dem Innenrotor drehfest verbundene, erste Stützelemente zum Stützen der Drehfeder aus, die mit einem Winkelabstand in einem Winkelbereich von 90° bis 270° zum ersten Einhängelement angeordnet sind.
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Die
DE 10 2009 042 228 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein von der Kurbelwelle über ein Zahnrad angetriebenes Antriebselement umfasst, das gegenüber der Nockenwelle drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle mindestens zwei Hydraulikkammern ausgebildet sind, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, um eine definierte relative Drehstellung zwischen dem Antriebselement und der Nockenwelle einzustellen. Um in gewichts- und kostenoptimaler Weise eine axiale Lagerung der Nockenwelle herzustellen, sieht die
DE 10 2009 042 228 A1 vor, dass das Zahnrad eine Lagerfläche für den axialen Anlauf der Nockenwelle oder eines mit dieser drehfest verbundenen Bauteils bildet.
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Die
US 6 619 248 B1 zeigt eine Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einer Antriebseinheit, die mit der Kurbelwelle verbunden ist, und einer Ausgabeeinheit, die drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Antriebseinheit steht in Kraftübertragungsverbindung mit der Ausgabeeinheit durch mindestens zwei Druckkammern, die im Inneren der Vorrichtung ausgebildet sind und, die unter der Wirkung von Druck und unter ständigem Ausgleich externer Leckagen, eine Relativverdrehung oder eine hydraulische Einspannung der Ausgabeeinheit in Bezug auf die Antriebseinheit verursachen. Darüber hinaus hat die Vorrichtung eine Schraubenfeder, die außerhalb der Vorrichtung angeordnet ist, die zur Anpassung ihrer Verstellgeschwindigkeiten in beide Verstellrichtungen vorgesehen ist. Die Schraubenfeder ist über Gehäuse in einem zusätzlichen Gehäuse in einer geschlossenen Ringraum angeordnet, die mit den externen Druckmittelleckagen der Vorrichtung vollständig befüllbar ist, wobei das hydraulische Druckmedium zugleich als ein Dämpfungsmittel gegen sympathische Resonanzschwingungen der Federwindungen der Schraubenfeder wirkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller mit einer spiralförmigen Torsionsfeder bereitzustellen, welcher kostengünstig herzustellen und einfach zu montieren sein soll.
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Die Aufgabe wird durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß den Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein dem Rotor zugeordneter, zentraler, axial vorstehender Rohrabschnitt vorgesehen ist, der eine Schlüsselfläche aufweist und das erste Federende der Torsionsfeder durch einen Formschluss drehfest auf dem Rohrabschnitt bzw. der Schlüsselfläche festgelegt ist. Der Vorschlag der vorgeschlagenen Lösung ist der, dass die Torsionsfeder mit dem ersten Federende zentral an dem Nockenwellenversteller gehalten ist. Damit kann die Torsionsfeder mit der letzten inneren Windung so geformt werden, dass diese Windung gleichzeitig zur Festlegung der Torsionsfeder an diesem Ende genutzt werden kann. Da der Rotor aufgrund der Druckmittelzuführung eine zentrale Öffnung aufweist, ist es dabei besonders zweckmäßig, das erste Federende auf einem Rohrabschnitt zu befestigen, welcher axial vorsteht, also in die Ebene der spiralförmigen Torsionsfeder hineinragt, so dass die Torsionsfeder zu ihrer Befestigung nicht aus der Ebene heraus gekrümmt werden muss. Ferner muss kein gesonderter Befestigungsansatz oder Stift vorgesehen werden, sofern ein Rohrabschnitt eines Teils genutzt wird, welches bereits zu einer anderen Funktion vorhanden ist, wie z. B. ein Teil des Hydrauliksystems.
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Eine besonders einfache Art der Befestigung des ersten Federendes kann dadurch verwirklicht werden, indem der Rohrabschnitt wenigstens abschnittsweise unrund ausgebildet ist, und das erste Federende der Torsionsfeder durch eine an die unrunde Form des Rohrabschnitts angepasste Formgebung drehfest auf dem Rohrabschnitt festgelegt ist. Die Torsionsfeder wird zur Befestigung des ersten Federendes dann nur mit diesem auf den Rohrabschnitt aufgeschoben und ist anschließend durch die Formgebung des Rohrabschnittes und des Federendes gleich drehfest auf dem Rohrabschnitt festgelegt.
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Insbesondere kann der Rohrabschnitt Teil eines sich durch eine zentrische Öffnung des Rotors erstreckenden Rohres sein, welches z. B. zur Führung des Druckmittels dient.
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Ferner kann der Rohrabschnitt Teil einer Zentralschraube zur Verbindung des Rotors mit der Nockenwelle sein, was besonders sinnvoll bei einer Verwendung eines unrunden Rohrabschnittes, insbesondere mit einer Schlüsselfläche, ist, da der Rohrabschnitt in diesem Fall gleichzeitig als Kraftangriffsfläche zum Festziehen der Zentralschraube genutzt werden kann.
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In diesem Fall ist es besonders zweckmäßig, wenn die Schlüsselfläche durch einen Vierkant gebildet ist, und das Federende wenigstens an drei der geraden Seitenflächen des Vierkantes anliegt, so dass die Torsionsfeder auch während einer Relativdrehung des Rotors zu dem Stator verliersicher auf dem Rohrabschnitt gesichert ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Torsionsfeder durch ein die Windungen seitlich an der Außenseite abdeckendes Sicherungsteil gesichert ist, damit die Torsionsfeder auch bei einer Belastung seitlich nicht ausknickt.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Sicherungsteil das auf den Rohrabschnitt drehfest festgelegte erste Federende axial sichert.
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Das Sicherungsteil kann in einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Sicherungsverbund aus einer Sicherungsscheibe und einen die Sicherungsscheibe auf dem Rohrabschnitt verschiebefest sichernden Sicherungsring gebildet sein. Die Sicherungsscheibe dient dabei zur seitlichen Sicherung der Windungen und des ersten Federendes und ist selbst durch den Sicherungsring auf dem Rohrabschnitt in Abzugsrichtung verschiebefest festgelegt. Damit kann die Sicherungsscheibe auch so ausgelegt und geformt werden, dass sie sich radial über die äußeren Windungen der Torsionsfeder hinaus erstreckt und an ihrem radial äußeren Rand drehfest mit dem Stator verbunden ist und dadurch praktisch ein Gehäuse für die Torsionsfeder bildet. In diesem Fall führt der Rotor die Drehbewegung auch gegenüber der Sicherungsscheibe aus, was durch die vorgeschlagene Lösung dadurch ermöglicht wird, indem die Sicherungsscheibe nicht auf dem Rohrabschnitt festgelegt ist, sondern über den Sicherungsring axial gesichert ist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das erste Federende den Rohrabschnitt in einem Winkel von wenigstens 270 Grad umschlingt, wodurch sich eine sichere Befestigung bei einer gleichzeitig handhabungsfreundlichen Montage ergibt. Das erste Federende ist dabei bevorzugt mit einer nicht vollständigen Windung, also kleiner als 360 Grad, auf dem Rohrabschnitt festgelegt, so dass es zur Montage geringfügig aufgeweitet werden kann und anschließend mit einem Klemmsitz auf dem Rohrabschnitt festgelegt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Nockenwellenversteller mit einer Torsionsfeder,
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2 einen Nockenwellenversteller mit einer Torsionsfeder und einem Sicherungsteil, und
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3 einen Nockenwellenversteller mit einer Torsionsfeder und einem Sicherungsteil und einem Zentralventil.
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In der 1 ist ein Nockenwellenversteller in Schnittdarstellung und in Sicht auf eine Torsionsfeder 5 zu erkennen. Der Nockenwellenversteller weist in seinem Grundaufbau einen Stator 1 mit einer Außenverzahnung 3 und einen Rotor 2 auf. Der Stator 1 ist von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine über einen Endloszugmitteltrieb rotatorisch antreibbar, während der Rotor 2 drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 ist ein Ringraum vorhanden, der durch drehfest mit dem Stator verbundene Vorsprünge in Arbeitskammern unterteilt ist, welche wiederum durch drehfest mit dem Rotor verbundene Flügel in gegenüberliegende Druckräume unterteilt sind. Die Druckräume sind an ein Hydrauliksystem anschließbar, über welches die Druckräume zur Verstellung des Rotors 2 und der Nockenwelle gegenüber dem Stator 1 und der Kurbelwelle in Richtung „früh” oder „spät” wahlweise mit Druckmittel beaufschlagbar sind. Die Druckräume sind seitlich durch Dichtdeckel 4 und 13 verschlossen. Die Dichtdeckel 4 und 13 sind über Stifte 15 mit dem Stator 1 bzw. mit den Vorsprüngen verbunden, so dass die Dichtdeckel 4 und 13, der Stator 1 und die Vorsprünge als ein drehfesterer Verbund angesehen werden können.
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In einer zentralen Öffnung des Rotors 2 ist ein Rohr 6 mit Durchtrittsöffnungen für das Druckmittel angeordnet, welches mit einem Rohrabschnitt 19 über die Stirnseite des Rotors 2 hinaus steht. Ferner ist eine Torsionsfeder 5 vorgesehen, welche zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1 wirkt. Der Rohrabschnitt 19 ist unrund ausgebildet und mit einer Schlüsselfläche 9 versehen, auf der ein erstes radial inneres Ende der Torsionsfeder 5 in Umfangsrichtung formschlüssig festgelegt ist. Sofern das Rohr 6 z. B. Teil einer Zentralschraube zur Verbindung des Rotors 2 mit der Nockenwelle ist, kann die Schlüsselfläche 9 gleichzeitig zum Festdrehen der Zentralschraube genutzt werden. Die Torsionsfeder 5 erstreckt sich von dem ersten Ende 7 in mehreren spiralförmigen Windungen in einer Ebene radial nach außen bis zu einem zweiten Ende 8, welches an einem der Stifte 15 eingehängt ist.
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Zur Sicherung der Torsionsfeder 5 ist ein in der 2 zu erkennendes Sicherungsteil in Form eines Sicherungsverbundes aus einer Sicherungsscheibe 11 und einem in eine Nut auf dem Rohrabschnitt 19 eingreifenden Sicherungsring 10 vorgesehen. Die Sicherungsscheibe 11 ist mit ihrer Radialinnenseite zwischen dem Sicherungsring 10 und dem auf der Schlüsselfläche 9 festgelegten ersten Ende 7 der Torsionsfeder 5 angeordnet, so dass sie axial verschiebefest auf dem Rohrabschnitt 19 festgelegt ist. Dabei ist die Sicherungsscheibe 11 nicht fest eingespannt, sondern nur so weit verschiebefest gesichert, dass sie die Torsionsfeder 5 seitlich sichert und gleichzeitig gegenüber dem Rohrabschnitt 19 frei drehen kann. An der Radialaußenseite ist die Sicherungsscheibe 11 mit einem axialen Kragen 20 mit einzelnen Fingern 21 versehen, über die die Sicherungsscheibe 11 drehfest in korrespondierenden Taschen eines Kragens 22 des Stators 1 eingreift. Damit ist die Sicherungsscheibe 11 drehfest mit dem Stator 1 verbunden und verschiebefest auf dem Rohrabschnitt 19 gesichert. Da die Sicherungsscheibe 11 drehfest mit dem Stator 1 verbunden ist, führt der Rotor 2 mit dem Rohrabschnitt 19 des Rohres 6 auch die Relativdrehbewegungen zu der Sicherungsscheibe 11 aus. Die Sicherungsscheibe 11 ist zwischen dem Sicherungsring 10 und dem Ende 7 der Torsionsfeder 5 mit einem Spiel angeordnet, so dass die Drehbewegung nicht behindert wird.
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Durch die Erstreckung der Sicherungsscheibe 11 von der Radialinnenseite der Torsionsfeder 5 bis über die Radialaußenseite der Torsionsfeder 5 hinaus, wird die Torsionsfeder 5 seitlich optimal unterstützt. Außerdem kann die Sicherungsscheibe 11 mit einer erheblich geringeren Einpresskraft in den Taschen des Kragens 22 des Stators 1 befestigt werden, da die Sicherungsscheibe 11 erfindungsgemäß zusätzlich auf dem Rohrabschnitt 19 axial gesichert ist.
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In der 3 ist derselbe Nockenwellenversteller mit eingeführtem Zentralventil 12 zu erkennen. Das Zentralventil 12 weist einen verschiebbar geführten, nach außen vorstehenden Kolben 18 auf, welcher zur Ansteuerung des Nockenwellenverstellers von einem nicht dargestellten Aktuator verschoben wird. Der Sicherungsring 10 weist zwei gegenüberliegende Nasen 17 auf, mit denen der Sicherungsring 10 in stirnseitig offene Nuten 16 des Rohrabschnitts 19 eingeführt ist, so dass der Sicherungsring 10 drehfest auf dem Rohrabschnitt 19 festgelegt ist. Gleichzeitig greift der Sicherungsring 10 in eine Radialnut des Rohrabschnittes 19 ein, so dass der Sicherungsring 10 auch axial auf dem Rohrabschnitt 19 gesichert ist, und die Sicherungsscheibe 11 axial gegen ein Abrutschen gesichert ist. Damit ist die Torsionsfeder 5 an ihrem radial inneren Federende 7 über die Sicherungsscheibe 11 und den Sicherungsring 10 axial auf dem Rohrabschnitt 19 gesichert. Sofern die Sicherungsscheibe 11 zur Montage im Bereich der zentralen Öffnung aufgeweitet werden kann, kann der Sicherungsring 10 auch entfallen und die Sicherungsscheibe 11 stattdessen auch direkt zur Sicherung in Axialrichtung in eine Nut auf dem Rohrabschnitt 19 eingreifen.
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Ferner ragen die Nasen 17 so weit radial nach innen, dass sie das Zentralventil 12 stirnseitig überdecken, so dass sie gleichzeitig einen Anschlag für das Zentralventil 12 bilden, und das Zentralventil 12 nicht herausrutschen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Rotor
- 3
- Außenverzahnung
- 4
- Dichtdeckel
- 5
- Torsionsfeder
- 6
- Rohr
- 7
- Erstes Federende
- 8
- Zweites Federende
- 9
- Schlüsselfläche
- 10
- Sicherungsring
- 11
- Sicherungsscheibe
- 12
- Zentralventil
- 13
- Dichtdeckel
- 14
- Ende
- 15
- Stift
- 16
- Nut
- 17
- Nase
- 18
- Kolben
- 19
- Rohrabschnitt
- 20
- Kragen
- 21
- Finger
- 22
- Kragen
