-
Technisches Gebiet
-
Hierin beschriebene beispielhafte Aspekte betreffen Nockenwellenversteller zum Ändern der Ventilsteuerzeit einer Brennkraftmaschine. Insbesondere betreffen die offenbarten Ausführungsbeispiele eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wickeln einer Rückstellfeder auf einem Nockenversteller mit einem zweiteiligen Rotor.
-
Hintergrund
-
Nockenwellen werden in Brennkraftmaschinen zur Betätigung von Gaswechselventilen verwendet. Die Nockenwelle in einer Brennkraftmaschine enthält mehrere Nocken, die Nockenfolger (das heißt Tassenstößel, Schlepphebel oder Schwinghebel) in Eingriff nehmen. Wenn sich die Nockenwelle dreht, heben die Nocken die Nockenfolger oder Drücken sie herunter, wobei diese wiederum Gaswechselventile betätigen (Einlass, Auslass). Die Position und die Form der Nocken legen die Öffnungsdauer und -amplitude sowie die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile fest.
-
Nockenwellenversteller werden zum Nachfrühverstellen oder Nachspätverstellen der Öffnungs- oder Schließdauer verwendet, wobei die Nockenwelle bezüglich der Kurbelwellendrehung phasenverstellt wird. Nockenwellenversteller umfassen allgemein ein Antriebsrad, das ein Ketten-, Riemen- oder ein Zahnrad sein kann, das durch einen Ketten-, Riemen- bzw. Zahnradtrieb, die als Eingang zu dem Versteller wirken, drehfest mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Der Versteller enthält eine Ausgangsverbindung mit der Nockenwelle. Weiterhin ist ein Phaseneinstelleingang in Form eines hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebs zur Phaseneinstellung oder Einstellung der Ausgangsdrehung der Nockenwelle bezüglich der Eingangsdrehung der Kurbelwelle vorgesehen.
-
Nockenwellenversteller sind allgemein in zwei Formen bekannt, ein Kolbenversteller mit einem axial verschiebbaren Kolben und ein Flügelzellenversteller mit Flügeln, auf die eingewirkt werden kann und die in Umfangsrichtung geschwenkt werden können. Bei beiden Arten ist der Nockenwellenversteller sicher am Ende einer Nockenwelle befestigt. Eine beispielhafte Befestigung kann wie in dem am 2. April 2002 erteilten
US-Patent Nr. 6 363 896 mit dem Titel "Camshaft Adjuster for Internal Combustion Engines" (Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen) von Wolfgang Speier offenbart unter Verwendung einer Spannschraube, die das Element des Nockenwellenverstellers bildet, das eine Zentrierung bezüglich der Nockenwelle bewirkt, durchgeführt werden.
-
Nockenwellenversteller, die gemäß dem Flügelzellenprinzip zur Verwendung an einer einzigen Nockenwelle arbeiten, sind in der Technik bekannt. Das am 19. Okt. 2004 erteilte
US-Patent Nr. 6 805 080 mit dem Titel "Device for changing the control times of gas exchange valves of internal combustion engines, particulary rotary piston adjustment device for rotation angle adjustment of a camshaft relative to a crankshaft" (Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Rotationskolben-Verstelleinrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle) von Eduard Golovatai-Schmidt et al. zeigt allgemein eine Ausführung eines Flügelzellen-Nockenwellenverstellers zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine. Diese Einzelnockenwellenversteller werden gemeinhin bei Kraftmaschinen mit zwei oben liegenden Nockenwellen (DOHC-Kraftmaschinen, DOHC – dual overhead cam) verwendet, bei denen Einlass- und Auslassnockenerhebungen an getrennten Einlassund Auslassnockenwellen positioniert sind.
-
Es ist bekannt, Öl für Kammern in einem Nockenwellenversteller, die durch einen Rotor und einen Stator für den Versteller gebildet und zur Steuerung der Phasenverstellung des Verstellers verwendet werden, in in einem radial zentralen Raum mündenden radial ausgerichteten Kanälen zu empfangen. Das Erfordernis eines radial zentralen Raums vergrößert jedoch das radiale Ausmaß des Verstellers und begrenzt die Räume, in die der Versteller installiert werden kann sowie die Optionen für die Zuführung von Öl zu den Kammern. Bei größer werdenden Kraftmaschinenabmessungen und kleiner werdendem Raum in Motorräumen wird axialer und radialer Raum begrenzt, wodurch manchmal mehrteilige Verstelleranordnungen erforderlich sind, um einen Versteller in Position zu montieren. In der eigenen, gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Nr. 61/824,033 wird ein Verstellerabschnitt offenbart, der einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad verbundenen Stator, einen bezüglich des Stators zumindest teilweise drehbaren Rotor und eine nicht drehbar mit dem Rotor verbundene Rotorverlängerung sowie mehrere durch den Rotor und den Stator gebildete Kammern und eine getrennt von dem Verstellerabschnitt gebildete und nicht drehbar mit dem Verstellerabschnitt verbundene Rotornase, die sich in einer ersten Axialrichtung an einer Vorderseite des Verstellerabschnitts vorbei erstreckt, enthält. Die Rotornase und die Rotorplatte oder -verlängerung sind getrennt montiert und gestatten die Montage der Nockenverstelleranordnung an Kraftmaschinen mit begrenztem axialem und radialem Raum. Die US-Patentanmeldung Nr. 61/824,033 ist hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
-
Das
US-Patent Nr. 7 409 935 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung einer Vorspannung oder Rückstellfederbelastung während der Montage eines Nockenwellenverstellers. Ein Federhalter wird mit einem ersten Ende einer in einer Kerbe eingreifenden Vorspannfeder verwendet, wobei die Feder um den Federhalter herumgewickelt und durch einen Exzenterbolzen oder ein Befestigungselement an einem zweiten Ende befestigt wird. Die Feder wird um den Federhalter herumgewickelt, und der Federhalter wird wiederum an dem Rotor des Nockenverstellers befestigt. Ist begrenzter axialer und radialer Raum vorhanden, kann solch eine getrennte Komponente, wie zum Beispiel ein Federhalter, nicht verwendet werden. Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befestigen und Wickeln der Rückstellfeder in einer mehrteiligen Verstelleranordnung benötigt.
-
Kurzfassung der Erfindung
-
In der folgenden Beschreibung wird rein der Zweckmäßigkeit halber und für Beschreibungszwecke bestimmte Terminologie verwendet, die den Schutzumfang der Ansprüche nicht einschränken soll. Die Terminologie enthält die speziell angeführten Wörter, Ableitungen davon und ähnlich lautende Wörter.
-
Gemäß hier dargestellten beispielhaften Aspekten wird ein Nockenwellenversteller bereitgestellt, der ein zum Empfang von Drehmoment angeordnetes Antriebskettenrad; einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad verbundenen Stator, einen bezüglich des Stators zumindest teilweise drehbaren Rotor; eine nicht drehbar mit dem Stator verbundene Abdeckplatte mit mindestens einem ersten und einem zweiten Zapfen an einer Vorderseite der Abdeckplatte; eine nicht drehbar mit dem Rotor verbundene Rotorplatte, wobei die Rotorplatte mindestens einen Schlitz an mindestens einer Umfangsstelle und mindestens ein Kopplungsmerkmal zur Drehung der Rotorplatte aufweist; eine Rückstellfeder zur Vorspannung des Rotors im Stator, wobei die Rückstellfeder ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; wobei das erste Ende der Feder im Schlitz befestigt ist; wobei das zweite Ende der Feder am Stator befestigt ist und die Feder zumindest teilweise um eine Umfangsfläche der Rotorplatte gewickelt ist, umfasst.
-
Gemäß hierin dargestellten beispielhaften Aspekten wird ein Verfahren zum Anbringen einer Rückstellfeder auf ein vorbestimmtes Drehmoment an einer Nockenwellenverstelleranordnung bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte des Befestigens eines ersten Endes der Rückstellfeder an einem Schlitz in einer Rotorverlängerung; Befestigens eines zweiten Endes der Rückstellfeder an einem Stator; Wickelns der Rückstellfeder durch Drehen der Rotorverlängerung bezüglich des zweiten Endes der Feder; Anhalten des Wickelns, wenn ein vorbestimmter Drehmomentwert erreicht ist und Befestigens der Rotorverlängerung an einem im Stator gesteckten Rotor umfasst.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die oben angeführten und andere Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsformen und die Art und Weise, wie sie erhalten werden, werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung mindestens eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und besser verständlich. Es folgt nun eine kurze Beschreibung dieser Zeichnungen.
-
1A ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinatensystems, das in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darlegt;
-
1B ist eine perspektivische Ansicht eines Objekts in dem zylindrischen Koordinatensystem von 1A, das in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darlegt;
-
2 ist eine perspektivische Montage-Explosionsansicht eines Nockenwellenverstellers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
3 ist eine perspektivische Montage-Teilexplosionsansicht des Nockenwellenverstellers von 2.
-
4 ist eine perspektivische Montage-Vorderansicht des Nockenwellenverstellers von 2.
-
5 ist eine Vorderansicht des Nockenwellenverstellers von 2.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
In verschiedenen der Figuren auftauchende identisch bezeichnete Elemente beziehen sich auf die gleichen Elemente, jedoch wird möglicherweise nicht in der Beschreibung aller Figuren auf sie Bezug genommen. Die hierin angeführten Erläuterungen stellen mindestens eine Ausführungsform in mindestens einer Form dar, und eine solche Erläuterung soll nicht als den Schutzumfang der Ansprüche auf irgendeine Weise einschränkend ausgelegt werden. Des Weiteren versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebene(n) bestimmte(n) Methodologie, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und somit natürlich variieren kann. Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Offenbarung bezieht, geläufige Bedeutung. Es versteht sich, dass jegliche Verfahren, Vorrichtungen oder Materialien, die den hierin beschriebenen ähnlich oder damit äquivalent sind, beim Ausüben oder Prüfen der Offenbarung verwendet werden können.
-
1A ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinatensystems 80, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darlegt. Die vorliegende Offenbarung wird zumindest teilweise im Rahmen eines zylindrischen Koordinatensystems beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezugspunkt für die folgenden Richtungs- und Raumbegriffe verwendet wird. Die Adjektive "axial", "radial" und "Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung, die zu der Achse 81 bzw. dem Radius 82 (der zu der Achse 81 orthogonal ist) bzw. dem Umfang 83 parallel ist. Die Adjektive "axial", "radial" und "Umfangs-" beziehen sich auch auf eine Ausrichtung, die zu den jeweiligen Ebenen parallel ist. Zur Verdeutlichung der Anordnung der verschiedenen Ebenen werden die Objekte 84, 85 und 86 verwendet. Die Fläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse 81 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsebene. Das heißt, der Umfang 83 bildet eine Linie entlang der Fläche. Als weiteres Beispiel ist die axiale Bewegung oder Anordnung zu der Achse 81 parallel, die radiale Bewegung oder Anordnung ist zu dem Radius 82 parallel, und die Umfangsbewegung oder -anordnung ist zu dem Umfang 83 parallel. Die Drehung erfolgt in Bezug auf die Achse 81.
-
Die Adverbien "axial", "radial" und "Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung, die zu der Achse 81, dem Radius 82 bzw. dem Umfang 83 parallel ist. Die Adverbien "axial", "radial" und "Umfangs-" beziehen sich auch auf eine Ausrichtung, die zu den jeweiligen Ebenen parallel ist.
-
1B ist eine perspektivische Ansicht von Objekt 90 in dem zylindrischen Koordinatensystem 80 aus 1A, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Terminologie darlegt. Das zylindrische Objekt 90 repräsentiert ein zylindrisches Objekt in einem zylindrischen Koordinatensystem und soll die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken. Das Objekt 90 weist eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93 auf. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Fläche 92 ist Teil einer radialen Ebene und die Fläche 93 ist eine Umfangsfläche
-
2 ist eine perspektivische Montage-Explosionsansicht des Nockenwellenverstellers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
3 ist eine perspektivische Montage-Teilexplosionsansicht des Nockenwellenverstellers 100 von 2.
-
4 ist eine perspektivische Montage-Vorderansicht des Nockenwellenverstellers von 2.
-
5 ist eine Vorderansicht des Nockenwellenverstellers von 2. Die folgende Beschreibung sollte angesichts der 2 bis 5 betrachtet werden. Der Versteller 100 enthält ein zum Empfang von Drehmoment angeordnetes Antriebskettenrad 104; einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad verbundenen Stator 108, einen bezüglich des Stators zumindest teilweise drehbaren Rotor 110, der radial ausgerichtete Kanäle 112 aufweist; und durch den Rotor und den Stator gebildete Kammern 116, die zu radial ausgerichteten Kanälen 112 offen sind (durch sie versorgt werden). Der Rotor 110 enthält Flügel 126 und eine Rotorplatten-Befestigungsfläche 150 für die Rotorplatte oder -verlängerung 130, die nicht drehbar mit dem Rotor 110 verbunden ist. Die Begriffe "Rotorplatte" und "Rotorverlängerung" werden in der folgenden Beschreibung austauschbar verwendet.
-
In einem Ausführungsbeispiel wird eine Dichtungsplatte 142 zur Abdichtung der Kammern 116 verwendet. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Bolzen-/Buchsenanordnung 144 zur nicht drehbaren Verbindung der Platte 142, des Stators 108 und des Kettenrads 104 verwendet. Die Bolzen 144 werden auch zur Verankerung der Feder 136 verwendet. In einem Ausführungsbeispiel wird ein/e Befestigungselement/Buchse 146 zur nicht drehbaren Verbindung der Platte 130 und des Rotors 110 verwendet. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Verriegelungsstiftanordnung 148 zur Verriegelung des Rotors 110 in einer Standardposition verwendet, wie in der Technik bekannt. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass bei der vorliegenden Offenbarung zwar Bolzen 144 verwendet werden, jedoch jegliche Form von geeignetem Befestigungselement verwendet werden kann.
-
Erneut auf die 2 bis 5 Bezug nehmend, werden weiter ein beispielhaftes Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung beschrieben. Die Feder 136 wird zur Bereitstellung einer Standardpositionierkraft für den Rotor 110 verwendet. Der an einem ersten Ende der Windung 164 der Feder 136 ausgebildete Lappen 138 steht mit einem Schlitz 140 in der Verlängerung 130 in Eingriff. Die Feder 136 enthält die Federwindung 164, die bei dieser Ausführungsform als ein flaches Stahlband ausgebildet ist, welches in aufeinanderfolgenden, sich erweiternden radialen Lagen im zusammengefügten Endzustand um eine Umfangsfläche der Rotorplatte 130, wie am besten in den 4 und 5 gezeigt, gewickelt ist. Eine halbkreisförmige Befestigungskontur 160 ist am zweiten Ende der Windung 164, an der äußeren Windung 164A der Feder 136, ausgebildet und zum Umwickeln einer radial äußeren Umfangsfläche 181 des Sicherungsbolzens 144B positioniert. Die äußere Windung 164A erstreckt sich dann tangential vom Bolzen 144B zum Umwickeln des Bolzens 144A, wobei eine Innenfläche 170 der Windung 164A mindestens einen Teil einer radial äußeren Umfangsfläche 180 des Bolzen 144A berührt und umwickelt, wodurch die Umwicklungskontor 162 gebildet wird. Bei einer Ausführungsform wird die Feder 136 dann unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Werkzeugs, das in die Durchgangslöcher 185 des Bolzens eingeführt wird, gewickelt, wobei die Löcher 185 dazu vorgesehen sind, (nicht gezeigten) Befestigungselementen zu gestatten, sich durch den Versteller 100 zu erstrecken und den Versteller 100 an einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) zu befestigen. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass andere Positionen und Methoden der Wicklung verwendet werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu verändern, darunter, aber nicht darauf beschränkt, ein einziges Kopplungsmerkmal an einer axialen Vorderseite der Rotorplatte, die zur Drehung der Rotorplatte verwendet wird. Nachdem die Feder 136 in aufeinanderfolgenden radialen Lagen gewickelt ist, wie in den 4 und 5 gezeigt, und auf einen vorbestimmten Drehmomentwert eingestellt ist, wie zum Beispiel durch einen Drehmomentmesser gemessen, wird das Befestigungselement 146 zur Befestigung der Rotorplatte 130 am Rotor 110 und zum Halten der (den Rotor 110 und die Rotorplatte 130 umfassenden) Rotoranordnung 190 in einer vorbestimmten Winkelposition bezüglich des Stators 108 verwendet. Die Feder 136 ist somit so vorbelastet, dass der Lappen 138 die Platte 130 (und somit den bei dieser Ausführungsform unter Verwendung des Befestigungselements 146 nicht drehbar mit der Platte 130 verbundenen Rotor 110) in Drehrichtung RD1 drückt.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform können der Wickelbolzen 144A und der Befestigungsbolzen 144B durch einen an einer axial vorderen, radial äußeren Fläche 118 der Deckelplatte 142 oder des Stators 108 positionierten Wickelzapfen und Befestigungszapfen, die für die gleiche Funktion wie bei Verwendung der Bolzen 144A und 144B beschriebene ausgelegt sind, ersetzt werden.
-
In der vorhergehenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele beschrieben worden. Die Beschreibungen und die Zeichnungen sollen demgemäß eher in einem veranschaulichenden als einschränkenden Sinne betrachtet werden. Es liegt jedoch auf der Hand, dass daran verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem allgemeineren Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Darüber hinaus versteht sich, dass die in den Anhängen dargestellten Figuren, die die Funktionalität und Vorteile der Ausführungsbeispiele hervorheben, rein beispielhaft dargelegt sind. Die Architektur oder Ausführung von hierin beschriebenen Ausführungsformen ist ausreichend flexibel und konfigurierbar, so dass sie auf andere Weise als in den beigefügten Figuren gezeigt genutzt (und gelenkt) werden kann. Obgleich hierin Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, würden für einen Fachmann viele zusätzliche Modifikationen und Variationen auf der Hand liegen. Deshalb versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auf andere Weise als speziell beschrieben ausgeübt werden kann. Somit sollten vorliegende Ausführungsbeispiele in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet werden.
-
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
-
- US 6363896 [0004]
- US 6805080 [0005]
- US 7409935 [0007]
