DE102012218403A1 - Hydraulischer Nockenwellenversteller mit Federdeckel sowie Federdeckel mit integrierter Federaufnahme und variabler Federvorspannkraft - Google Patents
Hydraulischer Nockenwellenversteller mit Federdeckel sowie Federdeckel mit integrierter Federaufnahme und variabler Federvorspannkraft Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) mit einem Rotor (2) und einem Stator (3), sowie mit einem relativ zum Stator (3) verdrehsicher festgelegten Federdeckel (8), an dem sich eine mit dem Rotor (2) zusammenwirkende Feder (16) kraftübertragend abstützt, wobei der Federdeckel (8) über einen in dessen Umfangsrichtung wirkenden Kraftschluss relativ zum Stator (3) unverdrehbar positionsbestimmt ist.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Rotor und einem Stator, sowie mit einem relativ zum Stator verdrehsicher festgelegten Federdeckel, an dem sich eine mit dem Rotor zusammenwirkende Feder kraftübertragend abstützt.
- 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 7 503 294 B2 und derEP 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. - Aus der
DE 10 2010 051 052 A1 ist auch ein Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbaren Stator bekannt. In dem Stator ist ein um eine Drehachse drehbar gelagerter Rotor enthalten. Es ist ebenfalls ein Dichtdeckel zur Leckage-Minimierung vorgehalten, sowie ein Federelement zur Positionierung des Rotors gegenüber dem Stator. Hierbei ist das Federelement über einen Federbügel in axialer Richtung am Dichtdeckel gehalten. Die Verwendung eines Federbügels bietet eine kostenneutrale und gewichtsreduzierte Möglichkeit zur zuverlässigen Positionierung des Rotors gegenüber dem Stator. Die bzgl. der Stator-Deckel-Einheit dort gezeigten Merkmale sollen hier als integriert gelten, werden jedoch nicht wiederholt. - Es ist bekannt, dass Rückstellfedern für das Bereitstellen von Rückstellmomenten bei hydraulischen Nockenwellenverstellern eingesetzt werden. Allerdings sind solche Rückstellfedern immer nur für eine oder zwei Kundenanwendungen, also für eine oder zwei spezielle Auslegungen einer Verbrennungskraftmaschine geeignet. Diese Rückstellfedern sind somit allgemein nicht mehrfach verwendbare Bauteile, also in unterschiedlichen Kraftfahrzeugen und an unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen. Für jede Anwendung muss eine neue Rückstellfeder ausgelegt und erprobt werden. Neben den Entwicklungskosten, die dann erhöht sind, kann je nach Anwendungsfall durch kleine Stückzahlen ein höherer Beschaffungspreis resultieren.
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Feder/Rückstellfeder zur Verfügung zu stellen, die eine Mehrfachverwendbarkeit mit sich bringt. Eine entsprechende konstruktive Gestaltung einer Federeinhängung im hydraulischen Nockenwellenversteller ist daher gewünscht. Es soll die Anwendbarkeit in unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen gewährleistet werden, die Entwicklungskosten reduziert werden, die Montagekosten niedrig gehalten werden und die Lebensdauer erhöht werden.
- Offenbarung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller dadurch gelöst, dass der Federdeckel über einen in dessen Umfangsrichtung wirkenden Kraftschluss relativ zum Stator unverdrehbar positionsbestimmt ist.
- Vorteilhafte Ausführungsformen sind auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
- So ist es von Vorteil, wenn der Federdeckel direkt am Stator eine Verdrehung der zwei Bauteile zueinander verhindernd angebunden ist oder an einem Zusatzelement, das am Stator verdrehsicher gehalten ist, eine Verdrehung des Federdeckels relativ zum Stator verhindernd angebunden ist. Der in Umfangsrichtung des Federdeckels oder des Stators wirkende Kraftschluss ist dann zwischen dem Federdeckel und dem Stator bzw. dem Federdeckel und einem Zusatzelement ausformbar. Die winkelfeste Lage von Stator und Federdeckel lässt sich in diesem Fall einfach realisieren. Die beiden Elemente sind dabei unverschieblich zueinander bezüglich einer Drehung um eine gemeinsame Rotationsachse fixiert. Ein einfach zu montierender hydraulischer Nockenwellenversteller bei gleichzeitig hoher Präzision im Betriebsfall ist dann die Folge.
- Es ist auch vorteilhaft, wenn der Federdeckel, über eine Presspassung mit dem Stator oder mit einem am Stator festgelegten weiteren Deckel, wie einem Verriegelungsdeckel, gegen Rotation relativ zum Stator gesichert ist. Gerade solche Presspassungen können montagetechnisch einfach bewerkstelligt werden und bieten eine ausreichend hohe Sicherheit bei nur geringen Montagekosten.
- Eine Zusatzsicherung lässt sich realisieren, wenn der Federdeckel zumindest eine radial nach innen weisende Schnappnase aufweist, die in axial rückhaltendem Formschluss mit dem Stator oder dem Verriegelungsdeckel bringbar ist oder befindlich ist. Dabei ist die Axialrichtung durch die Längsachse und/oder Rotationsachse des Rotors bzw. des Stators festgelegt. Dazu senkrecht wird eine Radialrichtung verstanden. Der Rotor und der Stator haben eine gemeinsame Längsachse bzw. deren Rotationsachsen sind konzentrisch zueinander angeordnet. Auch eine Symmetrieachse des Federdeckels bzw. dessen Rotationsachse ist zu der jeweiligen Rotationachse von Rotor und Stator konzentrisch.
- Es hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn mehrere, vorzugsweise 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 gleichverteilte Schnappnasen an einem sich in Längsrichtung des Nockenwellenverstellers erstreckenden hülsenartigen Abschnitts des Federdeckels befinden. Eine effiziente Rückhaltung des Federdeckels, also einer vom Stator weg wirkenden translatorischen Verschiebung des Federdeckels, kann dann wirkungsvoll entgegengewirkt werden, wobei die auftretenden Kräfte gleichmäßig aufgefangen werden können.
- Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Federaufnahmen zum formschlüssigen Einhängen einer vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildeten Feder (Rückstellfeder) vorhanden ist/sind, die sich in Längsrichtung des Nockenwellenverstellers erstreckt/erstrecken. An zumindest einer dieser Federaufnahmen ist dann die Feder, d.h. die Rückstellfeder einhängbar, um die notwendige Rückstellkraft aufzubringen. Das Verwenden einer Spiralfeder ist für die Langlebigkeit auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen des hydraulischen Nockenwellenverstellers von Vorteil.
- Für die Präzision des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist es zuträglich, wenn am Federdeckel ein Anschlag vorhanden ist, um eine Längsverschiebung des Federdeckels in Richtung des Stators zu begrenzen. Montagefehler lassen sich dadurch auch wirkungsvoll ausschließen.
- Es ist dabei besonders zweckmäßig, wenn der Anschlag im Bereich des hülsenartigen Abschnitts des Federdeckels als radial nach innen weisende Nase ausgebildet ist, die in Anlage mit dem Verriegelungsdeckel bringbar ist oder gebracht ist.
- Wenn zwischen dem Stator oder dem Verriegelungsdeckel einerseits und dem Federdeckel andererseits ein eine Verdrehung der jeweiligen zwei Bauteile zueinander verhindernder Formschluss vorhanden ist, so kann ein in Umfangsrichtung wirkendes Verdrehen der entsprechenden zwei Teile, also des Stators relativ zum Federdeckel bzw. des Verriegelungsdeckels relativ zum Federdeckel, ausgeschlossen werden und selbst Verschiebungen von unter einem Grad oder zwischen einem Grad und zehn Grad können vermieden werden. In diesem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Formschluss über das Zusammenwirken je einer in Längsrichtung ausgerichteten Nut mit einem Vorsprung sichergestellt ist, vorzugsweise einer Vielzahl über den Umfang des Stators oder des Verriegelungsdeckels gleichverteilter Nuten, in die je ein Vorsprung des Federdeckels eingreift. Natürlich ist auch möglich, dass die Nuten am Federdeckel vorhanden sind und die Vorsprünge am Stator oder dem Verriegelungsdeckel vorhanden sind. Durch diese Vielzahl von Formschlusselementen, wird die Verdrehung des Federdeckels relativ zum Stator oder zum Verriegelungsdeckel besonders wirkungsvoll ausgeschlossen, wobei die in Längsrichtung ausgerichteten Nuten besonders vorteilhaft für die Montage sind und gleichzeitig hohe Kräfte übertragen können.
- In diesem Zusammenhang hat sich auch ein Keilprofil für den Formschluss bewährt.
- Die Formschlusselemente lassen sich auch nach Vormontage des Federdeckels am Stator anbringen, bspw. durch danach stattfindendes Rollieren oder verformendes Bearbeiten der Außenseite der Federdeckel-Stator-/Verriegelungsdeckel-Kombination mit einem Bolzen von außen. Neben dem Rollieren und spanungslosen Umformen lassen sich auch andere geeignete Verfahren einsetzen. Es lässt sich auch auf eine stoffschlüssige Verbindung zurückgreifen, insbesondere auf eine, die durch Laserschweißen geschaffen wurde.
- Während schon üblicherweise die Federn/Rückstellfedern an einem Federdeckel gegen ein zu starkes Aufschwingen im Betrieb oder einem Abrutschen von der Federhaltung gesichert sind, kann nun der Federdeckel für die Federeinhängung ebenfalls benutzt werden. Der Federdeckel enthält somit Aufnahmen für die Rückstellfeder. Weiterhin kann der Federdeckel in jedem beliebigen Winkel in Umfangsrichtung montiert werden. Dadurch kann man je nach Winkel des Federdeckels im Stator, die Rückstellfeder variabel vorspannen und somit mit einer einzigen Feder/Rückstellfeder in unterschiedlichen Anwendungen unterschiedliche Rückstellmomente darstellen. Gegen ein Verdrehen des Federdeckels im Betrieb kann dieser durch einen alternativen oder zusätzlichen Formschluss, z.B. mittels einer Nut in Axialrichtung, daran gehindert werden.
- Am einfachsten Herzustellen ist eine Presspassung, die den Federdeckel in Position hält. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Federdeckel vom Winkel her frei positionierbar und somit die Rückstellfeder beliebig vorspannbar. Der Federdeckel wird durch eine Presspassung in Position gehalten. Ein unbeabsichtigtes Verdrehen im Betrieb wird durch Zusatzelemente, wie z.B. Nuten ausgeglichen.
- Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller in einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, -
2 den Nockenwellenversteller aus1 in einer perspektivischen ungeschnittenen Darstellung, -
3 nur den Federdeckel mit darin montierter Rückstellfeder in einer perspektivischen Ansicht mit Blick von der Seite des Rotors und Stators, -
4 eine Ansicht auf den Federdeckel mit darin verbauter Rückstellfeder in einer perspektivischen Ansicht mit Blick auf den Rotor und Stator, die jedoch nicht dargestellt sind, -
5 der Federdeckel, wie er in dem Ausführungsbeispiel der1 bis4 dargestellt ist, ohne darin eingesetzter Rückstellfeder in einer Darstellungsart wie aus3 bekannt, und -
6 eine Ansicht auf nur den Federdeckel gemäß der Darstellungsart aus4 . - 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 eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers1 dargestellt. Der Nockenwellenversteller1 weist einen Rotor2 innerhalb eines Stators3 auf. Der Stator3 ist über eine Schraube4 mit einem Zahnrad5 verbunden. Das Zahnrad5 ist kraftübertragend mit zumindest einer Kurbelwelle verbindbar. - Auf der dem Zahnrad
5 abgewandten Seite des Stators3 ist eine Einpressmutter6 in Wirkkontakt mit der Schraube4 befindlich. Über diese Einpressmutter6 wird ein Verriegelungsdeckel7 am Rotor2 bzw. am Stator3 festgelegt. - Ein topfartiger Federdeckel
8 weist eine Schnappnase9 an einem dem Stator3 zugewandten Ende10 auf. Diese Schnappnase9 ist zwar in der1 nicht zu erkennen, wohl aber in2 . Zwischen diesem Ende10 und dem Stator3 ist eine Freistellung11 , wie ein Leerraum vorhanden. Auf der rotorfernen Seite des Verriegelungsdeckels7 , weist dieser Verriegelungsdeckel7 einen Bund12 auf, der mit seiner Außenseite in Anlage mit dem Federdeckel8 befindlich ist. - Der Federdeckel
8 weist zumindest eine Federaufnahme13 auf, die als Zapfen14 ausgebildet ist, und sich in Richtung des Stators3 , parallel zu einer Längsachse15 des Nockenwellenverstellers1 , also in Längsrichtung erstreckt. An dieser Federaufnahme13 ist eine Feder16 , die als Rückstellfeder ausgebildet ist, nämlich als Spiralfeder ausgebildet ist, kraft- und/oder formschlüssig angebunden. Zwischen der Feder16 und dem Verriegelungsdeckel7 ist eine sich nur segmentartig über den Umfang erstreckend ausgeformte Distanzscheibe17 aus Kunststoff vorhanden. - Der Stator
3 ist verdrehsicher am Federdeckel8 befestigt, jedoch nicht über übliche Schraubenverbindungen, sondern über einen in Umfangsrichtung wirkenden Kraftschluss. Dieser Kraftschluss wird über einen Presssitz erreicht, jedoch im Ausführungsbeispiel von1 nicht direkt mit dem Stator3 , sondern unter Zwischenschaltung des Verriegelungsdeckels7 . Zwischen dem Verriegelungsdeckel7 und dem Federdeckel8 herrscht somit eine Presspassung. - Die Winkellage des Federdeckels
8 relativ zum Stator3 kann dann bei der Montage präzise festgelegt werden, wobei in Abhängigkeit dieser Winkellage die Federkraft der als Rückstellfeder agierenden Feder16 einstellbar ist. Es ist zwar nicht dargestellt, dass Formschlusselemente zusätzlich oder alternativ eingesetzt werden können, doch ist das Ausformen von Nuten, in welche dann formschlüssige Nasen greifen, durchaus möglich und mit Vorteilen behaftet. - Am Federdeckel
8 ist auch ein Anschlag18 ausgebildet, der sich am Bund12 des Verriegelungsdeckels7 abstützt. Diese Anschläge18 , von denen es wenigstens drei gibt, sind winkelverschoben zu den als Rastnasen agierenden Schnappnasen vorhanden. - Axial versetzt zu einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langloch in einer Längswand
20 des topfartigen Federdeckels8 sind sog. Bandagen einteilig mit dem Federdeckel8 verbunden ausgeformt und tragen das Bezugszeichen21 . Diese Bandagen21 sind entlang von Abkantungen22 vorhandene Ausstellungen oder Ausbuchtungen. Sie sind für die Stabilität des Federdeckels und den Zusammenhalt des Federdeckels8 mit dem Stator3 bzw. dem Verriegelungsdeckel7 von Vorteil. - Wie schon in
2 , aber besonders gut in3 und5 zu erkennen ist, sind Abstützpunkte23 , nach Art von Zapfen24 axial abstehend auf der Innenseite des Federdeckels8 ausgebildet. - Wie besonders gut in Zusammenschau der
3 und4 zu erkennen, verläuft die als Rückstellfeder agierende Spiralfeder zwischen dem Zapfen24 und der Längswand20 vorbei und stützt sich kraftübertragend an dem Abstützpunkt23 ab. - Während ein erstes Ende
25 der Feder16 an dem Zapfen14 festgelegt ist, ist ein zweites Ende26 der Feder16 formschlüssig im Rotor festlegbar bzw. festgelegt. - Während in den
3 und4 der Federdeckel8 mit darin festgestellter Rückstellfeder dargestellt ist, fehlt diese als Rückstellfeder agierende Feder16 in den Darstellungen der5 und6 . - Die Längswand
20 kann auch als hülsenartiger Abschnitt des Federdeckels8 bezeichnet werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Schraube
- 5
- Zahnrad
- 6
- Einpressmutter
- 7
- weiterer Deckel/Verriegelungsdeckel
- 8
- Federdeckel
- 9
- Schnappnase
- 10
- Ende
- 11
- Freistellung
- 12
- Bund
- 13
- Federaufnahme
- 14
- Zapfen
- 15
- Längsachse
- 16
- Feder
- 17
- Distanzscheibe
- 18
- Anschlag
- 19
- Langloch
- 20
- Längswand
- 21
- Bandage
- 22
- Abkantung
- 23
- Abstützpunkt
- 24
- Zapfen
- 25
- erstes Ende der Feder
- 26
- zweites Ende der Feder
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
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- US 7503294 B2 [0005]
- EP 1365112 A2 [0005]
- DE 102006002993 A1 [0006]
- DE 10351223 B4 [0007]
- DE 102010051052 A1 [0008]
Claims (10)
- Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) mit einem Rotor (2 ) und einem Stator (3 ), sowie mit einem relativ zum Stator (3 ) verdrehsicher festgelegten Federdeckel (8 ), an dem sich eine mit dem Rotor (2 ) zusammenwirkende Feder (16 ) kraftübertragend abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdeckel (8 ) über einen in dessen Umfangsrichtung wirkenden Kraftschluss relativ zum Stator (3 ) unverdrehbar positionsbestimmt ist. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdeckel (8 ) direkt am Stator (3 ) eine Verdrehung der zwei Bauteile (3 ,8 ) verhindernd angebunden ist, oder an einem Zusatzelement, das am Stator (3 ) verdrehsicher gehalten ist, eine Verdrehung des Federdeckels (8 ) relativ zum Stator (3 ) verhindernd angebunden ist. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdeckel (8 ) über eine Presspassung mit dem Stator (3 ) oder mit einem weiteren vom Stator (3 ) festgelegten Deckel (7 ) gegen Rotation relativ zum Stator (3 ) gesichert ist. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federdeckel (8 ) zumindest eine radial nach innen weisende Schnappnase (9 ) aufweist, die in axial rückhaltendem Formschluss mit dem Stator (3 ) oder dem weiteren Deckel (7 ) bringbar ist oder befindlich ist. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise 3, 4 oder 5 gleichverteilte Schnappnasen (9 ) an einem sich in Längsrichtung des Nockenwellenverstellers (1 ) erstreckenden hülsenartigen Abschnitt (20 ) des Federdeckels (8 ) befinden. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Federaufnahmen (13 ) zum formschlüssigen Einhängen einer vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildeten Feder (16 ) vorhanden ist/sind, die sich in Längsrichtung des Nockenwellenverstellers (1 ) erstreckt/erstrecken. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Federdeckel (8 ) ein Anschlag (18 ) vorhanden ist, um eine Längsverschiebung des Federdeckels (8 ) in Richtung des Stators (3 ) zu begrenzen. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (18 ) im Bereich des hülsenartigen Abschnitts (20 ) des Federdeckels (8 ) als radial nach innen weisende Nase ausgebildet ist, die in Anlage mit dem weiteren Deckel (7 ) bringbar ist oder gebracht ist. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (3 ) oder dem weiteren Deckel (7 ) einerseits und dem Federdeckel (8 ) andererseits ein eine Verdrehung der jeweiligen zwei Bauteile zueinander verhindernder Formschluss vorhanden ist. - Hydraulischer Nockenwellenversteller (
1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss über das Zusammenwirken je einer in Längsrichtung ausgerichteten Nut mit einem Vorsprung sichergestellt ist, vorzugsweise mit einer Vielzahl über den Umfang des Stators (3 ) oder des weiteren Deckels (7 ) gleichverteilter Nuten, in die je ein Vorsprung des Federdeckels (8 ) eingreift.
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