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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2010 060 181 B4 ist ein hydraulisches Ventil eines Nockenwellenverstellers bekannt, welches als Zentralventil ausgeführt ist. Das hydraulische Zentralventil ist radial innerhalb der Rotornabe des Nockenwellenverstellers angeordnet. Dabei findet ein Spannelement Anwendung, das eine Buchse des Zentralventils in axialer Richtung innerhalb eines Hohlrohrs einer gebauten Nockenwelle abstützt. Ein reibschlüssiges Spannelement ermöglicht eine stufenlose axiale Festlegbarkeit der Buchse gegenüber dem Hohlrohr, um so fertigungsbedingte Toleranzen auszugleichen. Dies ermöglicht eine direkte Anlage eines Stößels eines elektromagnetischen Stellgliedes am Kolben, so dass bei diesem elektromagnetischen Stellglied nur ein sehr kurzer Axialhub vorgesehen ist.
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Aus der
DE 10 2013 101 737 A1 ist weiter eine Dichtungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller bekannt, der mithilfe eines Riemens angetrieben ist und ein Wegeventil mit einem Kolben aufweist, wobei die Dichtungseinrichtung einen ersten Befestigungsabschnitt, der an dem Nockenwellenversteller fest angeordnet ist, einen zweiten Befestigungsabschnitt, der kolbenseitig fest angeordnet ist, und einen zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt angeordneten flexiblen Membranabschnitt aufweist. Der Nockenwellenversteller weist einen Riemenantriebsbereich und einen Ventilbereich auf. In dem Riemenantriebsbereich ist ein Riementrieb angeordnet. Das Wegeventil ist in dem Ventilbereich angeordnet. Der Ventilbereich ist mit einem Hydraulikmedium beaufschlagt. Der Riemenantriebsbereich und der Ventilbereich sind durch einen gehäuseartigen Wandabschnitt voneinander getrennt. Der Nockenwellenversteller weist einen Aktuator zur Betätigung des Wegeventils auf, wobei der Aktuator außerhalb des Ventilbereichs angeordnet ist. Das Wegeventil ist von außerhalb des Ventilbereichs betätigbar. Die Dichtungseinrichtung ist an dem den Riemenantriebsbereich und den Ventilbereich trennenden Wandabschnitt angeordnet. Die Dichtungseinrichtung dient dazu, den Riemenantriebsbereich und den Ventilbereich voneinander zu trennen, um einen unerwünschten Durchtritt von Hydraulikmedium von dem Ventilbereich zu dem Riemenantriebsbereich zu verhindern. Die Dichtungseinrichtung weist eine ringartige Form mit einem Außenrand und einem Innenrand auf. Der erste Befestigungsabschnitt ist an dem Außenrand angeordnet. Der zweite Befestigungsabschnitt ist an dem Innenrand angeordnet. Der Membranabschnitt ist elastisch und weist einen elastomeren Kunststoff auf, der auch ölfest ist.
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Aus der
DE 10 2013 204 869 A1 ist ein Steuerkolben für ein Zentralventil bekannt, welcher eine reibungsreduzierende Beschichtung aufweist, die an einer Kontaktfläche zwischen dem Steuerkolben und einem Druckstift ausgebildet ist.
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Der
DE 10 2013 100 890 A1 ist ein Hydraulikventil zu entnehmen, dessen Stellglied sich über eine Kugel als Kraftübertragungselement an einer Stirnfläche eines Kolbens abstützt.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2013 217 905 A1 beschreibt ferner Nockenwellenversteller mit einem Bewegungsentkopplungsteil aus einer Metalllegierung zwischen Betätigungs- und Kolbenstift.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen anderen Nockenwellenversteller zu schaffen, welcher bei kompakter Bauweise einfach und kostengünstig zu fertigen ist, sowie eine hohe Dauerhaltbarkeit aufweist.
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Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine umfassend ein elektromagnetischen Aktuator, ein hydraulisch betätigbares Stellergetriebe in einem Gehäuse, sowie ein Hydraulikventil vorgeschlagen. Das Hydraulikventil ist im Inneren des Stellergetriebes in dem Gehäuse angeordnet und mittels des Aktuator betätigbar und steuert über einen Kolben einen Verstellbereich des Stellergetriebes. Dabei weist der Aktuator einen in einer Achse des Aktuators angeordneten, in axialer Richtung verschiebbaren Betätigungsstift auf, wobei der Betätigungsstift über einen Kolbenstift den mit dem Kolbenstift verbundenen Kolben des Hydraulikventils betätigt. Zwischen Betätigungsstift und Kolbenstift ist ein Kopplungsteil angeordnet, welches eine relative Drehbewegung von Betätigungsstift und Kolbenstift gegeneinander um die Achse zulässt. Dabei weist das Kopplungsteil wenigstens ein Kraftübertragungselement aus einem Gleitlagerkunststoff auf.
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Ein elektromagnetischer Aktuator, der zur Betätigung des Kolbens des Hydraulikventils eines Nockenwellenverstellers dient, unterliegt üblicherweise der Anforderung, dass der Aktuator motorfest verbaut wird und dabei die Betätigungskraft auf einen rotierenden Kolben, beispielsweise eine Zylinderrolle, übertragen muss. Typische Lösungen sehen vor, dass der Kontakt zwischen Betätigungsstift des Aktuators aus Messing und Kolben über eine Kugel aus Stahl erfolgt, welche eine Schmierung mit dem Hydraulikmedium erfährt, mit dem auch das Hydraulikventil betrieben wird. Vorteilhaft kann der Aktuator des Nockenwellenverstellers trocken, ohne Schmiermittel, laufen und das Hydraulikventil gegen den Aktuator und umgebende Aggregate abgedichtet betrieben werden. Ein solcher Betriebszustand erfüllt neue Anforderungen an den Kontakt zwischen Aktuator und Kolben, da eine übliche Kugel als Kontakt beispielsweise ohne Schmierung schnell verschleißt und den Belastungen nicht standhält. Die auftretende Reibung zwischen Kugel, Betätigungsstift des Aktuators und der Zylinderrolle ist üblicherweise so groß, dass die Kugel je nach Materialpaarung nach kurzer Standzeit abflacht oder komplett abgerieben wird. Dies wird durch den erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller vermieden, dessen Dauerlaufeigenschaften erheblich verbessert sind.
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Das Kraftübertragungselement ist erfindungsgemäß als Einsatz ausgebildet, welcher in einer hohlzylindrischen Aufnahme des Betätigungsstiftes angeordnet ist.
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Dabei ist eine Stirnfläche des Kolbenstiftes gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform asphärisch ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kontaktiert der Einsatz ein weiteres, als Kugel ausgebildetes Kraftübertragungselement, welches freilaufend oder festsitzend in einer Aufnahme des Kolbenstiftes angeordnet ist.
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Es wird weiter ein Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine umfassend ein elektromagnetischen Aktuator, ein hydraulisch betätigbares Stellergetriebe in einem Gehäuse, sowie ein Hydraulikventil vorgeschlagen. Das Hydraulikventil ist im Inneren des Stellergetriebes in dem Gehäuse angeordnet und mittels des Aktuator betätigbar und steuert über einen Kolben einen Verstellbereich des Stellergetriebes. Dabei weist der Aktuator einen in einer Achse des Aktuators angeordneten, in axialer Richtung verschiebbaren Betätigungsstift auf, wobei der Betätigungsstift über einen Kolbenstift den mit dem Kolbenstift verbundenen Kolben des Hydraulikventils betätigt. Zwischen Betätigungsstift und Kolbenstift ist ein Kopplungsteil angeordnet, welches eine relative Drehbewegung von Betätigungsstift und Kolbenstift gegeneinander um die Achse zulässt. Dabei weist das Kopplungsteil wenigstens ein Kraftübertragungselement aus einem Gleitlagerkunststoff auf. Erfindungsgemäß ist die Aufnahme in einer topfförmigen Lageraufnahme angeordnet. Gerade bei Ausführung der Aufnahme als Wälz- oder Kugellager ist es günstig, eine separate Lageraufnahme zur Anordnung des Lagers vorzusehen, sodass der Kolbenstift, an welchem die Lageraufnahme angebracht wird, einfach gestaltet und möglichst unverändert als Standardteil ausgeführt werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann durch Einbringen einer zusätzlichen Aufnahme in Form eines Gleitelements, das als Teil eines Kopplungsteils zwischen dem Betätigungsstift des Aktuators und einer Kugel als weiterem Teil des Kopplungsteils, die als Kontakt zwischen Aktuator und Kolbenstift und damit als Kraftübertragungselement vorgesehen ist, eingefügt ist, die Reibung zwischen Kugel, Betätigungsstift und Kolbenstift deutlich reduziert und somit die Dauerlaufeigenschaften erheblich verbessert werden. Als Materialien der Aufnahme und des Kraftübertragungselements können vorteilhaft gleiche oder ähnliche Werkstoffe mit gleichen oder ähnlichen Gleiteigenschaften dafür eingesetzt werden. So können beispielsweise Teflon oder ein PEEK-Werkstoff zum Einsatz kommen. Die Kugel kann sich in der Aufnahme um die Achse des Betätigungsstifts und des Kolbenstifts frei drehen. Bei genügend großer Gleitfähigkeit der Aufnahme ist es möglich, auf die Schmiereigenschaften des Hydraulikmediums zu verzichten und statt dessen das Hydraulikventil gegen den Aktuator trocken ohne zusätzliches Schmiermittel rotieren zu lassen, ohne dass übermäßiger Verschleiß an Kugel und/oder Aufnahme auftritt, der die Lebensdauer des Nockenwellenverstellers beeinträchtigen würde.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können durch Einsatz eines kleinen Wälz- oder Kugellagers mit zentraler Kugel oder Stift im Käfig die Axialkräfte zwischen Aktuator und Hydraulikventil übertragen und die Rotation von Betätigungsstift und Kolbenstift gegeneinander ebenfalls bewerkstelligt werden, ohne eine Beeinträchtigung der Lebensdauer des Nockenwellenverstellers auf Grund einer erhöhten Reibung zwischen den beteiligten Reibpartnern aufzuweisen. Ein solches Kugellager stellt eine günstige Möglichkeit dar, die Rotation von Betätigungsstift und Kolbenstift gegeneinander auszuführen, während beispielsweise eine Kugel als Kraftübertragungselement eventuelle Verkippungen von Betätigungsstift und Kolbenstift zueinander aufnehmen und ausgleichen kann. Auch ein Stift aus relativ gleitfähigem Kunststoff kann einen solchen Ausgleich ermöglichen.
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Wesentliche Vorteile der Erfindung sind zum einen die Dauerhaltbarkeit des Aktuators und seines Gegenstücks, des Kolbens des Hydraulikventils, da der Reibungskontakt zwischen Betätigungsstift und Kolben günstig gestaltet wird. Auf Grund der vorteilhaften Gleiteigenschaften eines geeigneten Kunststoffs der Aufnahme gegenüber einer Kunststoffkugel oder den Metalloberflächen des Betätigungsstifts oder des Kolbenstifts wird die Reibung reduziert, sodass auch schmierungsfreier, trockener Betrieb möglich ist.
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Der Nockenwellenversteller weist einen einfachen Aufbau auf, bei dem als Kopplungsteil zwischen Betätigungsstift und Kolbenstift nur eine Aufnahme und ein Kraftübertragungselement vorgesehen sind, die dazuhin auch noch als einfache Bauteile wie Kugel, Stift, Kugelkalotte oder Hohlzylinder ausgeführt sein können.
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Die Bauteilkosten können relativ niedrig gehalten werden, da die benötigten Komponenten einfach zu fertigen sind, was einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele darstellt.
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Die Montage des Aktuators selbst gestaltet sich einfach; die Anbringung des Aktuators an einer Brennkraftmaschine ist einfach zu bewerkstelligen; die Kopplung des Aktuators an dem Hydraulikventil, bzw. dem Nockenwellenversteller kann über ein Kopplungsteil auf einfache Weise, beispielsweise durch Aufdrücken oder Aufklipsen erfolgen.
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Auf diese Weise ist ein sicherer Betrieb einer Zentralschraube als Hydraulikventil eines Nockenwellenverstellers möglich. Schmutz und Feuchtigkeit haben keinen Zugang zum Hydraulikventil. Die verminderte Reibung zwischen Aktuator und Hydraulikventil gewährleistet eine hohe Lebensdauer der Bauteile ohne Beeinträchtigung durch erhöhten Verschleiß.
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Der Nockenwellenversteller weist sehr gute Notlaufeigenschaften auf, da auch bei Absinken des Drucks des Hydraulikmediums in der Brennkraftmaschine keine erhöhte Reibung zwischen Aktuator und Hydraulikventil auftritt und zu erhöhtem Verschleiß der beteiligten Reibungspartner führen könnte.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kopplungsteil eine Aufnahme und ein in oder an der Aufnahme angeordnetes Kraftübertragungselement umfassen, das zumindest um die Achse drehbar ist. Das Kraftübertragungselement sorgt dafür, dass der Betätigungsstift des Aktuators die Kraft auf den Kolbenstift des Kolbens des Hydraulikventils im Nockenwellenversteller entlang einer Achse übertragen kann. Da sich das Hydraulikventil mit dem Nockenwellenversteller um diese Achse dreht, der Aktuator jedoch möglichst ortsfest an der Brennkraftmaschine angeordnet ist, ist es günstig, wenn das Kraftübertragungselement um die Achse drehbar ausgeführt ist und da das Kraftübertragungselement in Kontakt sowohl zum Betätigungsstift als auch dem Kolbenstift steht, dabei auch möglichst geringe Reibung zwischen den verschiedenen Kontaktpartnern auftritt, um eine möglichst hohe Lebensdauer des Nockenwellenverstellers zu erreichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kraftübertragungselement eine Kugel oder ein Zylinderstift sein. Sowohl eine Kugel als auch ein Zylinderstift sind geeignet, die Kraft des Betätigungsstifts auf den Kolbenstift zu übertragen und zugleich eine Rotation von Betätigungsstift und Kolbenstift gegeneinander mit geringer Reibung in der Aufnahme auszuführen. Die Kugel weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass sie auch eventuelle Verkippungen von Betätigungsstift und Kolbenstift zueinander aufnehmen und ausgleichen kann, was eine weitere Reduzierung der Reibung und damit eine Erhöhung der Lebensdauer bewirken kann.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann die Aufnahme ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, sein. Ein Wälz- oder Kugellager ist zur reibungsarmen Rotation von Betätigungsstift und Kolbenstift gegeneinander und somit energiesparendem und verschleißarmem Betrieb in günstiger Weise geeignet. Wälz- und Kugellager können außerdem für den Betrieb mit hohen Lebensdauern ausgelegt werden, sodass die Gesamtlebensdauer des Nockenwellenverstellers auf diese Weise gewährleistet wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kopplungsteil an einer Stirnfläche des Betätigungsstifts angeordnet sein, und zur Ankopplung an den Kolbenstift in axialer Richtung vorgesehen sein. Damit gehört das Kopplungsteil zu dem Aktuator und kann mit diesem zusammen leicht montiert werden. Eine axiale Ankopplung an den Kolbenstift ermöglicht in geeigneter Weise die Kraftübertragung von Aktuator zu Hydraulikventil.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Aufnahme und/oder das Kraftübertragungselement aus PEEK oder Teflon ausgebildet sein. Da sowohl der Betätigungsstift als auch der Kolbenstift üblicherweise als Metallstifte ausgeführt sind, ist es zweckmäßig, die Aufnahme und/oder das Kraftübertragungselement als Kunststoffteile auszubilden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Materialpaarung mit günstigen, also niedrigen Reibwerten zu erreichen. Gerade der Einsatz von Teflon oder PEEK als Kunststoff ermöglichen so geringe Reibwerte, dass eine Rotation von Betätigungsstift und Kolbenstift gegeneinander auch bei Trockenschmierung über das Kopplungsteil mit hoher Lebensdauer erreichbar ist. Dabei ist eine gleiche oder ähnliche Materialpaarung von miteinander in Reibverbindung stehenden Laufpartnern des Kopplungsteils günstig.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Membran einen Innenbereich des Nockenwellenverstellers fluiddicht abdichten und dabei der Kolbenstift fluiddicht durch die Membran geführt sein. Durch die Membran ist der eigentliche Ventilbereich des Nockenwellenverstellers gegen einen Riemenantriebsbereich, worüber der Antrieb des Nockenwellenverstellers von einer Kurbelwelle erfolgt, fluiddicht abgetrennt. Auf diese Weise kann der Nockenwellenversteller so betrieben werden, dass kein Hydraulikmedium austritt und so störende Leckagen entstehen oder der Motorraum durch austretendes Hydraulikmedium verschmutzt wird. Gerade Zahnriemen zum Antrieb des Nockenwellenverstellers oder ähnliche Kunststoffkomponenten könnten durch ausgetretenes Hydraulikmedium degradiert werden, sodass ihre Lebensdauer signifikant beeinträchtigt würde. Ebenso könnte deren Funktion durch die erhöhte Gleitfähigkeit des Hydraulikmediums gestört werden.
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Der Aktuator kann gegen das Hydraulikventil um die Achse drehbar angeordnet sein. Damit ist es möglich, den Aktuator an der Brennkraftmaschine ortsfest anzuordnen, während das Hydraulikventil sich mit dem Nockenwellenversteller dreht, wodurch eine einfache Montage und ein sicherer Betrieb des Nockenwellenverstellers ermöglicht wird.
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Ebenso kann der Aktuator mit einem Motorgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden sein. Die motorfeste Anordnung des Aktuators stellt eine besonders sichere und günstige Form der Montage an der Brennkraftmaschine dar. Kontaktierungsprobleme werden dadurch vermieden. Auch ein Austausch bei eventuellem Ausfall ist dadurch begünstigt, da somit der Aktuator leichter zugänglich und austauschbar ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 einen Schnitt durch ein Hydraulikventil eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers und einen elektromagnetischen Aktuator zu dessen Betätigung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 einen Schnitt durch den Aktuator des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1, der ein Kopplungsteil mit einer Kugel als Kraftübertragungselement aufweist;
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3 einen Schnitt durch einen Aktuator nach einem weiteren, nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der ein Kopplungsteil mit einer Abdeckkappe als Kraftübertragungselement aufweist;
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4 einen Schnitt durch einen Aktuator nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, der ein Kopplungsteil mit einer Kugel als Kraftübertragungselement und einer Aufnahme in Form eines Wälz- oder Kugellagers aufweist;
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5 einen Schnitt durch ein Kopplungsteil nach einem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Kugel als Kraftübertragungselement und einer kugelkalottenförmigen Aufnahme;
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6 einen Schnitt durch ein Kopplungsteil nach einem weiteren, nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Kugel als Kraftübertragungselement und einer hohlzylinderförmigen Aufnahme;
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7 einen Schnitt durch ein Kopplungsteil nach einem anderen, nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Abdeckkappe als Kraftübertragungselement, welches auf einem Betätigungsstift angeordnet ist;
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8 einen Schnitt durch ein Kopplungsteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Kugel als Kraftübertragungselement und einem Kugellager als Aufnahme, das in einer Lageraufnahme angeordnet ist;
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9 einen Schnitt durch ein Kopplungsteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zylinderstift als Kraftübertragungselement und einem Kugellager als Aufnahme, das in einer Lageraufnahme angeordnet ist;
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10 einen Schnitt durch ein Kopplungsteil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem Einsatz, welcher in einer hohlzylinderförmigen Aufnahme des Betätigungsstifts angeordnet ist;
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11 einen Schnitt durch ein Kopplungsteils nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem Einsatz, welcher in einer hohlzylinderförmigen Aufnahme des Betätigungsstifts angeordnet ist, sowie mit einer Kugel, welche in einer Aufnahme des Kolbenstifts angeordnet ist und
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12 einen Schnitt durch den Nockenwellenversteller mit dem Hydraulikventil gemäß 1.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt einen Schnitt durch ein Hydraulikventil 50 eines in 12 gezeigten Nockenwellenverstellers 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, sowie einen elektromagnetischen Aktuator 10 zu dessen Betätigung. Der in 2 geschnitten dargestellte elektromagnetische Aktuator 10 weist einen in einer Achse L1 angeordneten, in axialer Richtung verschiebbaren Betätigungsstift 16 auf, welcher dazu ausgebildet ist, bestimmungsgemäß über einen Kolbenstift 53 einen mit dem diesem Kolbenstift 53 verbundenen Kolben 52 eines Hydraulikventils 50 eines Nockenwellenverstellers 100 in axialer Richtung zu betätigen. Der Kolben 52 kann einteilig oder mehrteilig mit Kolbenaufsätzen ausgebildet sein. Dabei ist zwischen Betätigungsstift 16 und Kolbenstift 53 ein Kopplungsteil 20 angeordnet, welches eine relative Drehbewegung von Betätigungsstift 16 und Kolbenstift 53 gegeneinander um die Achse L1 zulässt. Das Hydraulikventil 50 ist mit einem Gehäuse ummantelt, das als Zentralschraube 104 eines Nockenwellenverstellers ausgeführt ist. Details zu dem Kopplungsteil 20, welches den Betätigungsstift 16 mit dem Kolbenstift 53 in Kontakt bringt, sind in den folgenden Figuren dargestellt. Das Kopplungsteil 20 ist an einer Stirnfläche 18 des Betätigungsstifts 16 angeordnet, und zur Ankopplung an den Kolbenstift 53 über dessen Stirnfläche 28 in axialer Richtung vorgesehen.
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Zwischen dem Betätigungsstift 16 und dem Kolbenstift 53 ist weiter ein Kopplungsteil 20 mit einer Kugel als Kraftübertragungselement 24 angeordnet. Die Kugel sitzt in einer Aufnahme 22 an einer Stirnfläche 18 des Betätigungsstifts 16. Das Kopplungsteil 20 umfasst eine Aufnahme 22 und ein in oder an der Aufnahme 22 angeordnetes Kraftübertragungselement 24, das zumindest um die Achse L1 drehbar ist. Die Aufnahme 22 und/oder die Kugel 24 können aus einem Kunststoff wie beispielsweise Teflon oder PEEK gefertigt sein, um einen möglichst niedrigen Reibwert bei Rotation des Kolbenstift 53 gegen den Aktuator 10 und insbesondere der Kugel in der Aufnahme 22 zu erreichen.
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Der Betätigungsstift 16 wird durch einen mit ihm verbundenen Anker 14 bei Bestromung einer in dem Gehäuse 19 des Aktuators 10 eingebetteten Spule 12 in einer Führung 42 in axialer Richtung bewegt. Das Gehäuse 19 des Aktuators 10 weist an einem Außenumfang eine ringförmige Dichtung 17 zum abgedichteten Einbau an einer Brennkraftmaschine auf.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Aktuator 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, der ein Kopplungsteil 20 mit einer Abdeckkappe 30 als Kraftübertragungselement 24 aufweist. Die Abdeckkappe 30 sitzt direkt auf der Stirnfläche 18 des Betätigungselements 16. Eine separate Aufnahme 22 für die Abdeckkappe 30 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen, was eine vereinfachte Montage des Kopplungsteils 20 ermöglicht.
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4 zeigt einen Schnitt durch einen Aktuator 10 nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, der ein Kopplungsteil 20 mit einer Kugel als Kraftübertragungselement 24 und einer Aufnahme 22 in Form eines Wälz- oder Kugellagers 34 aufweist. Das Wälz- oder Kugellager 34 ist in einer Lageraufnahme 36 angeordnet, welche wiederum auf der Stirnfläche 18 des Betätigungsstifts 16 sitzt.
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In 5 ist ein Schnitt durch ein Kopplungsteil 20 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Kugel als Kraftübertragungselement 24 und einer kugelkalottenförmigen Aufnahme 25 dargestellt. Die Kugel ist flächig in der Kugelkalotte 25 abgestützt und kann sich durch die Rotation des Hydraulikventils 50 gegen den Aktuator 10 in der Kugelkalotte 25 reibungsarm bewegen. Eine Materialpaarung aus gleichen Materialen für Aufnahme 25 und Kugel wie beispielsweise aus einem Kunststoff wie PEEK kann dabei zweckmäßig sein. Die Kugel aus Kunststoff gräbt sich dann in den Kunststoff der Aufnahme 22 ein. Ist durch die Rotation eine Kugelkalottenform erreicht, wird diese Form auch bei weiterem Betrieb so beibehalten und der Abrieb des Kunststoffs wird minimal, sodass eine hohe Lebensdauer des Nockenwellenverstellers erreichbar ist.
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6 ist alternativ dazu ein Schnitt durch ein Kopplungsteil 20 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Kugel als Kraftübertragungselement 24 und einer hohlzylinderförmigen Aufnahme 26 dargestellt. Hierbei wird die Kugel an einem Außenring des Hohlzylinders 26, auf dem sie aufliegt, und in der Mitte abgestützt. Dadurch ist ebenso ein reibungsarmer Betrieb bei Rotation der Kugel auf Grund der Rotation des Hydraulikventils 50 gegen den Aktuator 10 erreicht.
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7 zeigt einen Schnitt durch ein Kopplungsteil 20 nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Abdeckkappe 30 als Kraftübertragungselement 24, welches auf einem Betätigungsstift 16 angeordnet ist. Die Aufnahme 22 ist eine Stirnfläche 18 des Betätigungsstifts 16 und das Kraftübertragungselement 24 eine Abdeckkappe 30. Alternativ könnte die Abdeckkappe 30 auch auf der Stirnfläche 28 eines Kolbenstifts 53 angeordnet sein. Die Abdeckkappe 30 ist an ihrer Außenseite als Gleitfläche ausgebildet, um somit eine reibungsarme Rotation des Kolbenstifts 53 auf der Abdeckkappe 30 zu ermöglichen, was insbesondere durch die Verwendung von Teflon oder PEEK als Werkstoff für die Abdeckkappe 30 erreicht werden kann.
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In 8 ist ein Schnitt durch ein Kopplungsteil 20 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Kugel als Kraftübertragungselement 24 und einem Kugellager 34 als Aufnahme 22, das in einer Lageraufnahme 36 angeordnet ist, dargestellt. Auch ist eine Ausführung mit einem Wälzlager als Aufnahme 22 denkbar. Die Lageraufnahme 36 ist topfförmig ausgeführt, in die das Kugellager 34 beispielsweise eingepresst ist. Die Lageraufname 36 ihrerseits kann auf einem Betätigungsstift 16 oder einem Kolbenstift 53 angeordnet sein.
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9 zeigt alternativ dazu einen Schnitt durch ein Kopplungsteil 20 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zylinderstift als Kraftübertragungselement 24 und einem Kugellager 34 als Aufnahme 22, das in einer Lageraufnahme 36 angeordnet ist. Der Zylinderstift dient als Gegenlager für einen Kolbenstift 53, wenn die Lageraufnahme 36 auf einem Betätigungsstift 16 angeordnet ist und wird deshalb zweckmäßig als Gleitfläche ausgebildet, damit sich der Kolbenstift auf dem Zylinderstift reibungsarm drehen kann, wenn das Hydraulikventil 50 gegen den Aktuator 10 dreht.
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10 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels im Schnitt. Hier ist das Kraftübertragungselement 24 als Einsatz 44 ausgebildet, welcher in einer hohlzylinderförmigen Aufnahme 45 des Betätigungsstiftes 16 angeordnet ist. Der Einsatz 44 ist stiftförmig mit einer ebenen Stirnfläche 49 ausgebildet und weist eine umlaufende Einführphase 48 auf, welche die Montage im Betätigungsstift 16 erleichtert. Die den Einsatz 44 kontaktierende Stirnfläche 28 des Kolbenstiftes 53 ist vorzugsweise asphärisch ausgebildet, kann aber auch andere Formen aufweisen.
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Gemäß dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel kontaktiert der zu 10 beschriebene Einsatz 44 mit seiner Stirnfläche 49 ein weiteres, als Kugel 46 ausgebildetes Kraftübertragungselement, welches freilaufend oder festsitzend in einer Aufnahme 47 des Kolbenstiftes 53 angeordnet ist. Vorzugsweise sind der Einsatz 44 sowie die Kugel 46 aus PEEK oder Teflon ausgebildet.
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12 zeigt einen Schnitt durch den Nockenwellenversteller 100 mit dem Aktuator 10 und dem Hydraulikventil 50 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Nockenwellenversteller 100 einer Brennkraftmaschine mit dem elektromagnetischen Aktuator 10 umfasst ein hydraulisch betätigbares Stellergetriebe 54 in einem Gehäuse 56, sowie das Hydraulikventil 50, welches im Inneren des Stellergetriebes 54 in dem Gehäuse 56 angeordnet ist, und welches über den Kolben 52 einen Verstellbereich des Stellergetriebes 54 steuert. Der Aktuator 10 betätigt bei Bestromung mit dem Betätigungsstift 16 den Kolben 52. Das Hydraulikventil 50 ist als Zentralschraube 104 des Nockenwellenverstellers 100 ausgeführt. Die Zentralschraube 104 ihrerseits ist in der Nockenwelle 102 weitergeführt. Eine Membran 58 dichtet einen Innenbereich 60 des Nockenwellenverstellers fluiddicht ab. Der Kolbenstift 53 ist fluiddicht durch die Membran 58 geführt. Auf diese Weise kann der Nockenwellenversteller 100 so betrieben werden, dass kein Hydraulikmedium austritt und so störende Leckagen entstehen oder der Motorraum durch austretendes Hydraulikmedium verschmutzt wird. Gerade Zahnriemen zum Antrieb des Nockenwellenverstellers 100 oder ähnliche Kunststoffkomponenten könnten durch ausgetretenes Hydraulikmedium degradiert werden, sodass ihre Lebensdauer signifikant beeinträchtigt würde. Auch ihre Funktion könnte durch die erhöhte Gleitfähigkeit des Hydraulikmediums gestört werden.
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Der Aktuator 10 ist gegen das Hydraulikventil 50 um die Achse L1 drehbar angeordnet. Der Aktuator 10 ist üblicherweise mit einem Motorgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden.
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Die verschiedenen Kopplungsteil-Ausführungsformen müssen nicht zwingend in einem Nockenwellenversteller Einsatz finden. Denkbar ist der Einsatz auch in anderen Aktuator-Ventileinheiten, die ohne Schmiermittel laufen sollen.
