DE102013224854A1 - Alternatives Rückstellfederkonzept für Nockenwellenverstellsysteme mit beliebiger Zwischenverriegelposition - Google Patents

Alternatives Rückstellfederkonzept für Nockenwellenverstellsysteme mit beliebiger Zwischenverriegelposition Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischer Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps, mit einem Stator (2) und einem drehbar darin angeordneten Rotor (3), an dem eine Rückstellfeder (4) angebunden ist, die sich an einem rotorfesten Bauteil und einem statorfesten Bauteil abstützt, wobei die Rückstellfeder (4) als eine in ihrer Axialrichtung zur Druck- oder Zugbelastung vorgesehene Feder ausgestaltet ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps, mit einem Stator und einem darin drehbar angeordneten Rotor, an dem eine Rückstellfeder angebunden ist, die sich an einem rotorfesten Bauteil und einem statorfesten Bauteil abstützt.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, die auch mechanische Sperren einsetzen können. So offenbart bspw. die EP 1 862 648 B1 einen Nockenwellenversteller umfassend ein Antriebsglied und ein Abtriebsglied mit einem festen Winkelverstellbereich/ Verstellwinkelbereich, ein Mittel zum Sperren der Position des Abtriebsgliedes im Verhältnis zum Antriebsglied in einer Zwischenposition innerhalb des Verstellbereiches und ein Mittel zum Vorspannen des Verstellers in die Zwischenposition, wo das Sperrmittel zum Eingriff kommt, wobei das Mittel zum Vorspannen des Verstellers in die Sperrposition eine in beiden Richtungen wirkende Drehmomentfeder (Feder zum Bereitstellen eines Rückstellmomentes) ist. Eine solche Feder kann als Torsionsfeder (elastische Feder, z.B. Spiralfeder, etc.) ausgestaltet werden.
  • Nockenwellenverstellsysteme mit Rückstellfedersystemen, sowie in abgewandelter Version integrierte Drehschwingungsdämpfer für Nockenwellen und Nockenwellenverstellsysteme zur Reduzierung von Drehungleichförmigkeiten/Drehbeschleunigungen, sind also bekannte, aber zu verbessernde Module.
  • Nockenwellenverstellsysteme benötigen eine Feder, damit diese zu einer definierten Position zurückgestellt und verriegelt werden können. Unterschiedliche Drehfederarten sind grundsätzlich bekannt, wie etwa Schenkelfedern oder Spiralfedern. Diese Drehfedern lassen sich durch ihre Funktionsweise nur in eine Rückstellrichtung/Wirkrichtung sinnvoll einsetzen.
  • Demnach kann eine definierte Verriegelungsposition des Verstellsystems nur in einer gewissen Endlage bzw. in deren unmittelbaren Reichweite (Früh- oder Spätposition) sicher erreicht werden. Abhängig von der momentanen Stellung/Schwenkposition des Systems kann eine Rückstellung in eine Zwischenposition zur Verriegelung bspw. eine Mittenverriegelung, nicht unter allen Umständen/Betriebszuständen sichergestellt werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu bieten und verbesserte Nockenwellenversteller zur Verfügung zu stellen. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher ein Rückstellfederkonzept zu gestalten, welches das Verstellsystem in allen Betriebspunkten und aus allen möglichen Stellungen sicher in eine Zwischenposition zur Verriegelung des Verstellsystems zurückstellen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rückstellfeder als eine in ihrer Axialrichtung zur Druck- oder Zugbelastung vorgesehene Feder ausgestaltet ist.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
  • So ist es von Vorteil, wenn zwei (oder mehrere) Federn eingesetzt sind, wobei die Federn vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten einer Rotationsachse des Rotors verteilt sind. Ein Wipp- oder Schaukeleffekt kann dann vorteilhaft genutzt werden. Auch lässt sich eine Mittenverriegelung oder eine Endverriegelung in Früh- und/oder Spätposition einfach realisieren. Auch sind für die zwei oder mehreren Federn unterschiedliche Anordnungen (Parallel-, Reihen- und Gemischtschaltung), Federraten, Funktionsweisen, Geometrien, etc. vorstellbar, was abhängig von dem erf. Rückstellmoment, vom umsetzbaren Federkonzept, vom nutzbaren Bauraum, von der zus. Funktion als Drehschwingungskompensation (Reduzierung schädigender Drehschwingungsamplituden), etc., ist.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Feder als Schraubendruckfeder ausgelegt ist, da dadurch Kosten gespart werden können. Je nach Art der Beanspruchung sind anstelle der Schraubendruckfeder auch Stabfedern (Zug, Druck), Blatt-, Spiral-, Dreh-, Schenkel-, Tellerfedern (Biegung), zylindrische und nichtzylindrische Schraubenfedern, Drehstabfedern (Torsion), und andere einsetzbar/vorstellbar.
  • Es ist zweckmäßig, wenn die Feder in einem Durchbruch, wie einem Loch, etwa einem Durchgangsloch, eines stator- oder rotorfesten Deckels vorzugsweise an einer nockenwellenabgewandten Seite des Rotors eingesetzt ist.
  • Auch ist es von Vorteil, wenn das Rückstellfederkonzept, welches das Verstellsystem in allen Betriebspunkten und aus allen möglichen Stellungen sicher in eine Zwischenposition zur Verriegelung (bspw. eine Mittenverriegelung) des Verstellsystems zurückstellt.
  • Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn das Rückstellfederkonzept so gestaltet/ ausgestaltet ist, dass durch unterschiedliche Federn (folglich) auch unterschiedliche Rückstellmomente aus beiden Richtungen, ausgehend von einer verriegelten Zwischenposition, realisiert werden/ realisierbar sind.
  • Zudem ist es zweckmäßig, wenn das Rückstellfederkonzept so gestaltet/ ausgestaltet ist, dass durch unterschiedliche Federanordnungen (unterschiedliche Abstände R) (folglich auch) unterschiedliche Rückstellmomente aus beiden Richtungen, ausgehend von einer verriegelten Zwischenposition, realisierbar sind/ realisiert werden.
  • Mit anderen Worten sind zwei (oder mehrere) Federn in ihrer Wirkungsrichtung und in der Funktionsweise so angeordnet, dass diese das Verstellsystem stets in die gewünschte Zwischenposition zum Verriegeln/Mittenverriegeln zurückstellen. Das Verstellsystem bewegt sich dabei unabhängig von der geforderten Schwenkrichtung (Früh- und Spätverstellung) stets gegen eine Federkraft und erfährt somit ein gewisses Reaktionsmoment, welches die Rückstellung in die jeweilige Verriegelungsposition ermöglicht.
  • Die Idee ist mit anderen Worten, dass die verwendete Feder sowohl mit einer statorfesten als auch mit einer rotorfesten Komponente verbunden ist und unabhängig von der Bewegungsrichtung durch die gegenseitige Abstützung an beiden Komponenten eine Rückstellkraft bzw. ein gewisses Rückstellmoment bereitgestellt wird.
  • Dies kann z.B. mit einer geeigneten Druckfeder geschehen, welche z.B. zwischen einem statorfesten Dichtdeckel und z.B. einem weiteren rotorfesten Deckel eingebaut ist. Die Feder wird so ausgelegt, dass bei eintreten eines Gleichgewichts der abstützenden Kräfte von Feder und Deckel, die verriegelbare Zwischenposition/Position zwischen definierten Endlagen (bspw. „Früh“- und „Spät“-Positionen) gehalten wird und das System verriegelt werden kann.
  • Wird nun das System entriegelt und eine Verstellung ausgehend von der Zwischenposition, etwa bei Vorliegens eines Kräftegleichgewichts, eingeleitet, so erzeugt die Druckfeder eine gewisse Druckkraft auf beide Deckel (was zu einem Kräfteungleichgewicht führt) mit einem gewissen Abschnitt zur Rotationsachse, wobei die Achse einen Hebelarm vorgibt und erzeugt somit aus Druckkraft und Hebelarm ein gewünschtes Rückstellmoment.
  • Es wird ein alternatives Rückstellfedersystem mit dem Vorteil aufgezeigt, dass eine Zwischenposition zur Verriegelung des Verstellsystems, etwa in einer Mittenverriegelungsposition, in allen Betriebsbedingungen und aus allen möglichen Stellungen/Schwenkpositionen sicher stellt. Abhängig von der Anordnung der Federn, etwa in Parallel- und/oder Reihenschaltung, unter Berücksichtigung der Funktionsweise der Federn (Zug- und/oder Druckfedern) sind alle denkbaren Zwischenpositionen für eine Verriegelung des Verstellsystems realisierbar. Zudem ist es möglich, gewisse Drehungleichförmigkeiten /Drehbeschleunigungen der Nockenwelle und des Nockenwellenverstellsystems zu reduzieren bzw. zu eliminieren.
  • Die Berücksichtigung weiterer Variationen mit weiteren Vorteilen, in puncto Funktionalität, Kosten, etc., werden jedoch nur angedeutet. Weitergehende Entwicklungen werden hier wegweisend sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine geschnittene perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2 einen Längsschnitt durch den Nockenwellenversteller aus 1,
  • 3 eine perspektivische Darstellung des ungeschnittenen Nockenwellenverstellers aus 1, und
  • 4 eine Ansicht von vorne auf den Nockenwellenversteller der 1 bis 3.
  • 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 hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 des Flügelzellentyps, weist also einen Stator 2 auf, innerhalb dessen ein konzentrisch angeordneter Rotor 3 drehbar angeordnet ist, wobei zwischen den beiden Bauteilen Flügelzellen ausgebildet sind. An dem Rotor 3 greift eine Rückstellfeder 4 an. Die Rückstellfeder / Feder 4 ist als in ihrer Axialrichtung zur Druck- oder Zugbelastung vorgesehene Feder ausgestaltet. Sie ist insbesondere als Schraubendruckfeder 5 ausgebildet.
  • Der Stator 2 weist auf seiner Außenseite ein Antriebsrad 6 auf, das eine Geradverzahnung 7 ausbildet. Das Antriebsrad 6 ist also ein Stirnrad.
  • Die Erfindung verwendet zwei Rückstellfedern 4, die gleichbeabstandet zu einer Rotationsachse des Rotors 3 sind. Im Rotor 3 ist ein Ölzufluss-Regelorgan 8 eingesetzt und agiert nach Art einer Zentralschraube bzw. eines Zentralventils.
  • Am Rotor 3 oder Stator 2 ist ein Deckel 9 drehfest anbringbar. Im Deckel 9 sind zwei Durchbrüche nach Art von länglichen Durchgangslöchern vorgehalten, in die jeweils eine Rückstellfeder 4 eingesetzt ist. Dabei grenzen an den jeweiligen Durchbruch 10 Laschen 11 an. Eine Lasche 11 pro Durchbruch 10 weist etwas vom Rotor 3 weg, wohingegen die andere Lasche 11 des jeweiligen Durchbruchs 10 zum Rotor 3 hinweist. Ein Zwischenorgan 12, wie eine Platte, weist eine Vertiefung 13 zur Aufnahme einer Rückstellfeder 4 auf.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 2 ist eine Laschengeometrie gewählt, die derart ist, dass alle Laschen 11 vom Rotor 3 schräg weg weisen, d.h. quer ausgerichtet sind. Dies ist besonders gut in 2 zu erkennen.
  • Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 sei ausgeführt, dass vier Verbindungsmittel 14, nach Art von Bolzen, Nieten oder Schrauben, das als Deckel ausgebildete Zwischenorgan 12 am Rotor 3 festgelegen. Der Deckel 9 hingegen ist am Stator festgelegt. Ein Hebelarm R1 ist dargestellt, um das bei der Ermittlung des Rückstellmoments und zur Modifikation mit der Druckkraft genutzte Hebelarmverhältnis aufzuzeigen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwellenversteller
    2
    Stator
    3
    Rotor
    4
    Rückstellfeder
    5
    Schraubendruckfeder
    6
    Antriebsrad
    7
    Geradverzahnung
    8
    Ölzufluss-Regelorgan
    9
    Deckel
    10
    Durchbruch
    11
    Lasche
    12
    Zwischenorgan
    13
    Vertiefung
    14
    Verbindungsmittel
  • 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
    • EP 1862648 B1 [0002]

Claims (4)

  1. Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) des Flügelzellentyps, mit einem Stator (2) und einem drehbar darin angeordneten Rotor (3), an dem eine Rückstellfeder (4) angebunden ist, die sich an einem rotorfesten Bauteil und einem statorfesten Bauteil abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (4) als eine in ihrer Axialrichtung zur Druck- oder Zugbelastung vorgesehene Feder ausgestaltet ist.
  2. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Federn eingesetzt sind.
  3. Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Schraubendruckfeder (5) ausgelegt ist.
  4. Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder in einem Durchbruch (14) eines statorfesten Deckels (9) eingesetzt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1862648B1 (de) 2006-04-19 2009-10-14 Mechadyne plc Hydraulischer Nockenwellenversteller mit mechanischer Sperre

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