-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
-
Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
-
Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
-
Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
-
Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
-
Die
DE 10 2006 002 993 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einem Kettenrad, einem Rotor, einem Gehäuse und einer Feder. Das Gehäuse und der Rotor bilden die Arbeitskammern zur Relativdrehung aus. Das Kettenrad ist mit dem Gehäuse drehfest verbunden. Die Feder ist außerhalb des Gehäuses angeordnet und wird von einem zusätzlichen Federdeckel, welcher mit dem Kettenrad verbunden ist, gegen äußere Verschmutzung und damit gegen lebensdauerverkürzende Fremdeinwirkung weitestgehend geschützt. Der Rotor hat einen das Gehäuse durchsetzenden Stift, der eine Abstützung für einen Federfußpunkt der Feder bereitstellt.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der die Lebensdauer der Feder erhöht.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die Aufgabe wird durch Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und einer Feder, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die Feder durch eine Federlagerung des Antriebselements und eine Federlagerung des Abtriebselements fixiert ist, wobei die Feder die Relativdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement unterstützt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Federlagerung einen Radius aufweist, welcher größer als ein Radius der Feder ist und durch dieses Radienverhältnis ein Zweilinienkontakt zwischen der Feder und der Federlagerung ausbildet ist.
-
Hierdurch wird erreicht, dass durch den Zweilinienkontakt der Federdraht der Feder auf der jeweiligen Federlagerung besser fixiert ist, so dass sich die Relativbewegung zwischen der Feder und der jeweiligen Federlagerung und somit auch der Verschleiß minimiert. Die Lebensdauer der Feder und/oder der Federlagerung wird deutlich erhöht.
-
Der Federdraht umschlingt die Federlagerung, in dem der Federdraht an einer ersten Kontaktstelle zur Federlagerung einen ersten Linienkontakt ausbildet, im weiteren Verlauf des Federdrahtes den kleineren Radius als den Radius der Federlagerung aufweist und schließlich den zweiten Linienkontakt ausbildet. Vorteilhafterweise wird so der Federdraht auf der Federlagerung besser fixiert.
-
Durch die Ausbildung des eingangs beschriebenen Zweilinienkontaktes werden die Hertz'schen Pressungen minimiert, wodurch die Lebensdauer an dieser Federlagerung erhöht wird und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Feder minimiert ist.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die Feder einen Windungskörper, dessen Windungen sich in radialer Richtung erstrecken. Vorteilhafterweise benötigt eine derartige Feder in axialer Richtung sehr wenig Bauraum.
-
Der Windungskörper weist eine weitestgehend konstante Steigung auf, während die Enden der Feder im Verlauf des Federdrahtes von dieser konstanten Steigung abweichen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Federlagerung als Stift ausgebildet. Vorteilhafterweise ist ein Stift als Federlagerung sehr wirtschaftlich herstellbar. Es können mehrere Stifte vorgesehen sein, die gemeinsam die Feder oder ein Ende der Feder fixieren und tragen. Das Ende der Feder grenzt an den Windungskörper an, welcher maßgeblich die federtypischen Eigenschaften hat.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung lagert die Federlagerung ein Ende der Feder. Das Ende der Feder ist vorteilhafterweise als Haken ausgebildet, welcher in gleicher, wie eingangs beschriebener Weise, die Federlagerung umschlingt und der Zweilinienkontakt durch die Ausbildung des Radienverhältnisses vorliegt.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung lagert die Federlagerung den Windungskörper der Feder. Vorteilhafterweise lassen sich die durch Vibrationen hervorgerufenen Schwingungen im Windungskörper dämpfen, ohne die Lebensdauer der Feder negativ zu beeinflussen.
-
In einer bevorzugten Ausbildung weisen alle Federlagerungen den Zweilinienkontakt auf, welcher durch das Radienverhältnis ausgebildet ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Federlagerung mit einer Verschleißschutzschicht ausgebildet. Durch die Verschleißschutzschicht wird die Lebensdauer der Feder und der Federlagerung weiter erhöht. Alternativ kann die Federlagerung einer verschleißmindernden Wärmebehandlung unterliegen.
-
In einer Ausbildung der Erfindung weist der Windungskörper der Feder zwischen den Federlagerungen einen größeren Radius auf, als der Radius zu zumindest einer der Federlagerungen zur Ausbildung eines Zweilinienkontaktes. Dieser größere Radius kann auch unendlich groß sein, wodurch ein gerades Stück zwischen den Federlagerungen von dem Windungskörper der Feder ausgebildet wird.
-
Die Ausbildung eines Zweilinienkontaktes durch das gezielte Radienverhältnis zwischen dem Federdraht der Feder und der Federlagerung erhöht die Lebensdauer von Feder und Federlagerung und minimiert die Reibung durch Vibrationen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
-
Es zeigen:
-
1 einen Nockenwellenversteller mit einer erfindungsgemäßen Feder und einer erfindungsgemäßen Federlagerung.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen Nockenwellenversteller (1) mit einer erfindungsgemäßen Feder (4) und einer erfindungsgemäßen Federlagerung (5). Aufbau und Funktionsweise des Nockenwellenverstellers (1) sind aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb hier der Nockenwellenversteller (1) sehr schematisch dargestellt Ist.
-
Im Folgenden wird auf die Besonderheiten gemäß der Erfindung eingegangen. Die Feder 4 hat einen sich in radialer Richtung aufbauenden Windungskörper 7. Im Inneren des Windungskörpers 7 ist die Feder 4 auf drei Federlagerungen 5 gelagert. Außerhalb des Windungskörpers 7 ist die Feder 4 auf zwei Federlagerungen 5 gelagert. Alle Federlagerungen 5 sind als Stifte oder Bolzen ausgebildet; haben also jeweils eine zylindrische Außenmantelfläche, welche den Federdraht 8 kontaktiert.
-
Das innere Ende 9 der Feder 4 ist als Haken ausgebildet und umschlingt einen ersten Stift 6 auf der 12-Uhr-Position. Ausgehend in Windungsrichtung der Feder 4 sind in einem Winkelbereich von 96° bis 180° von dem ersten Stift 6 zwei weitere Stifte 6 angeordnet, welche die Feder 4 lagern. Diese drei vorbeschriebenen Stifte 6 sind drehfest mit dem Abtriebselement 3 des Nockenwellenverstellers 1 ausgebildet. Zwischen diesen Stiften 6 hat die Feder 4 einen Radius R3, jedoch im Bereich der Kontaktierung mit den Stiften 6 hat die Feder 4 jeweils einen Radius R1, welcher kleiner als der Radius R2 des jeweiligen kontaktierten Stiftes 6. Die Radien R3 sind um ein Vielfaches größer als die Radien R2 und R1. Durch das Radienverhältnis zwischen dem Radius R1 und R2 wird ein Zweilinienkontakt Z ausgebildet. Der Übersicht halber wird der Zweilinienkontakt Z in der Darstellung exemplarisch auf einen Stift 6 beschränkt, ist aber auf alle Stifte 6 in gleicher Weise übertragbar. Zwischen den zwei Linienkontakten des Zweilinienkontaktes Z ist der Federdraht 8 zum Stift 6 beabstandet. Der Übergang des Radius R2 zum Radius R3 kontaktiert als erster Linienkontakt des Zweilinienkontaktes Z die zylindrische Außenmantelfläche des Stiftes 6. Der zweite Linienkontakt des Zweilinienkontaktes Z kann ebenfalls durch den Übergang des Radius R2 zum Radius R3 mit der zylindrischen Außenmantelfläche des Stiftes 6 ausgebildet werden oder durch einen Übergang des Radius R2 in ein gerades Stück des Federdrahtes 8 der Feder 4 mit der zylindrischen Außenmantelfläche des Stiftes 6.
-
Das äußere Ende 9 der Feder 4 ist als Haken ausgebildet und umschlingt einen fünften Stift 6 auf der 9-Uhr-Position. Ausgehend von diesem und entgegen der Windungsrichtung der Feder 4 ist in einem Winkelbereich von 0° bis 94° von dem fünften Stift 6 ein weiterer Stift 6 angeordnet, welcher die Feder 4 lagert. Diese zwei vorbeschriebenen Stifte 6 sind drehfest mit dem Antriebselement 2 des Nockenwellenverstellers 1 ausgebildet. Zwischen diesen Stiften 6 hat die Feder 4 einen Radius R3, jedoch im Bereich der Kontaktierung mit den Stiften 6 hat die Feder 4 jeweils einen Radius R1, welcher kleiner als der Radius R2 des jeweiligen kontaktierten Stiftes 6. Die Radien R3 sind um ein Vielfaches größer als die Radien R2 und R1. Durch das Radienverhältnis zwischen dem Radius R1 und R2 wird ein Zweilinienkontakt Z ausgebildet. Der Übergang des Radius R2 zum Radius R3 kontaktiert als erster Linienkontakt des Zweilinienkontaktes Z die zylindrische Außenmantelfläche des Stiftes 6. Der zweite Linienkontakt des Zweilinienkontaktes Z kann ebenfalls durch den Übergang des Radius R2 zum Radius R3 mit der zylindrischen Außenmantelfläche des Stiftes 6 ausgebildet werden oder durch einen Übergang des Radius R2 in ein gerades Stück des Federdrahtes 8 der Feder 4 mit der zylindrischen Außenmantelfläche des Stiftes 6.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Antriebselement
- 3
- Antriebselement
- 4
- Feder
- 5
- Federlagerung
- 6
- Stift
- 7
- Windungskörper
- 8
- Federdraht
- 9
- Federende
- R1
- Radius (Federlagerung)
- R2
- Radius (Feder)
- R3
- Radius (Feder)
- Z
- Zweilinienkontakt
-
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 102006002993 A1 [0007]
