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Die vorliegende Erfindung betrifft Nockenwellenversteller für eine variable Nockenwellensteuerung einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine, etwa zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wie einem Pkw, einem Lkw, oder einem Nutzfahrzeug, mit einem Stator und einem konzentrisch darin angeordneten Rotor, welcher zumindest einen radial abstehenden Flügel aufweist, wobei der Stator und der Rotor zusammen Flügelzellen ausbilden, wobei eine Rückstellfeder einerseits am Stator und andererseits am Rotor befestigt ist.
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Nockenwellenversteller mit einer Rückstellfeder sind bereits u.a. aus der
DE 10 2011 003 769 A1 bekannt. Diese beschreibt einen Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Steuerzeiten mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement und einer Feder, die in einem Federraum vorgespannt ist. Diese Druckschrift offenbart auch einen Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement, einer Feder und einem Federraum, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement relativ zueinander um die Drehachse des Nockenwellenverstellers verdrehbar angeordnet sind, wobei die Feder in dem Federraum angeordnet ist, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement Federaufhängungen aufweisen, mit denen die Feder in Wirkverbindung steht, wobei die Feder durch die Federaufhängungen ein Drehmoment zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement aufprägt, wobei die Feder mehrere Windungen besitzt, welche sich in radialer Richtung erstrecken und der Federraum axiale Begrenzungsmittel zur axialen Fixierung der Feder aufweist, wobei zumindest eine Windung der Feder einen axialen Versatz zu einer weiteren Windung hat, wobei eine axiale Vorspannung der Feder zwischen den axialen Begrenzungsmitteln erzeugt ist.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2012 206 339 A1 ein Nockenwellenversteller mit einer an einem Zapfen einer Schraube eingehängten Feder bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem Rotor offenbart, wobei am Stator zumindest ein Deckel über zumindest eine Schraube, die einen Schraubenkopf ausweist, angebracht ist, wobei eine Feder kraftübertragend mit dem Rotor und der Schraube verbunden ist, wobei die Feder an einem auf dessen Außenseite polygonartig ausgeformten, den Schraubenkopf verlängerndem Zapfen der Schraube anliegt.
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Diese Nockenwellenversteller haben den Nachteil, dass die darin verbaute Rückstellfeder eine so genannte Spiralfeder mit Drehmomentbelastung bzw. eine eben gewundene Biegefeder ist. Spiralfedern werden als in einer Ebene spiralförmig aufgewickeltes Metallband gefertigt. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie leicht brechen und ihre Montage sehr aufwändig ist. Des Weiteren benötigen diese Federn einen Deckel / eine Abdeckung, um sie in ihrer Position festzulegen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern und insbesondere die Funktion der Spiralfeder mit Hilfe anderer Mittel zu erhalten und auf die Abdeckung der Rückstellfeder verzichten zu können und dadurch Kosten zu reduzieren.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Rückstellfeder als Zug- oder Druckfeder ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Rückstellfeder des Nockenwellenverstellers als Schraubenfeder ausgebildet ist, um eine Rückstellwirkung zu erzielen, die einen besonders kleinen Bauraum benötigt. Sie bietet den zusätzlichen Vorteil, dass bei einer Schraubenfeder keine Abdeckung benötigt wird, um die Schraubenfeder zu positionieren.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Rückstellfeder aus einem Federwindungen ausbildenden Draht ausgeformt ist, wobei ein Innen- und/oder Außendurchmesser der Federwindungen der Rückstellfeder konstant ist. Hier kann je nach Ausbildungsform zwischen zylinder-, und tonnenförmig unterschieden werden. Auf diese Weise wird der Bauraum besonders effizient genutzt.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist eine kegelstumpfförmige Schraubenfeder, bei der der Innen- und/oder Außendurchmesser der Federwindungen variiert wird. Dadurch wird eine vorteilhafte Federkennlinie hervorgerufen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Rückstellfeder eine konische oder eierförmige Außenkontur auf. Gerade für einen lang andauernden Einsatz hat sich diese spezielle Form bewährt.
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Axiale Enden der Feder werden an Fixierungsbolzen befestigt und sollten daher an die Form der Fixierungsbolzen angepasst sein. So ist es von Vorteil, wenn die axialen Enden der Rückstellfeder als etwa halbkreisförmige oder eckige Haken ausgebildet sind. Die Hakenform ermöglicht ein schnelles Einsetzen an die Stelle der gewünschten Wirkung. Die Montage wird erleichtert und Kosten eingespart.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind die axialen Enden der Rückstellfeder als Ösen ausgebildet, die sich auf die Fixierungsbolzen aufschieben lassen. Dadurch wird ein Herausrutschen verhindert und die Ausfallsicherheit erhöht.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die axialen Enden der Rückstellfeder als ein geradlinig ausgestaltetes, sich in Axialrichtung erstreckendes Zwischenstück mit den Haken an einem distalen Ende ausgebildet sind. Diese sind einfach über Biegeschritte fertigbar und somit sind hohe Stückzahlen möglich.
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Es ist auch von Vorteil, wenn die axialen Enden der Rückstellfedern beide die gleiche / identische Form aufweisen. Dadurch ist nur ein einziges Werkzeug notwendig und eine chargenweise Fertigung möglich.
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Bei einer weiteren Ausführungsform sind die axialen Enden der Rückstellfedern unterschiedlich ausgebildet, das bedeutet, sie weisen unterschiedliche Formen auf. Dadurch ist die Orientierung der Feder bei der Montage festgelegt und einem fehlerhaften Einbau der Feder, insbesondere von Federn mit variierendem Innen- und/oder Außendurchmesser der Federwindungen, wird vorgebeugt.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Rückstellfeder mittels zwei separater Fixierungsbolzen befestigt ist. Dadurch kann die Feder mit dem Rotor bzw. Stator in wenigen Arbeitsschritten verbunden werden.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Fixierungsbolzen mittels eines Presssitzes / einer Presspassung in einem Loch des Rotors und einem Loch eines Deckels des Stators montiert werden. Durch die Presspassung sind keine weiteren Montagehilfen nötig, und die Fixierungsbolzen somit einfach und schnell montierbar.
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Es ist von Vorteil, wenn die Rückstellfeder in einer Aussparung im Rotor montiert ist. Diese Art der Anordnung ist besonders platzsparend und benötigt keinen zusätzlichen Bauraum.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Aussparung für die Rückstellfeder ein Langloch, Sackloch oder Durchgangsloch ist. Durch die Aussparung ist die Position der Rückstellfeder festgelegt, wodurch die Montage der Rückstellfeder besonders zeiteffizient durchgeführt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Rückstellfeder mittels Haken am Rotor respektive Stator befestigt. Dadurch kann auf die Fixierungsbolzen verzichtet werden, und somit Material eingespart und Kosten reduziert werden.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass durch das Verwenden einer Zug- oder Druckfeder als Rückstellfeder statt einer Spiralfeder die Funktion der Spiralfeder, nämlich das Zurückstellen der Nockenwelle in ihre Ausgangsposition, erhalten bleibt und keine separate Abdeckung für die Feder benötigt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Querschnittansicht des Nockenwellenverstellers mit einer als Zug- / Druckfeder ausgestalteten Rückstellfeder,
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2 eine Detailansicht II aus 1 der im Rotor montierten Zug- / Druckfeder,
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3 die Detailansicht II aus 1 der sich im Rotor befindlichen Aussparung mit einem darin montierten Fixierungsbolzen / Befestigungsbolzen, die als Montageraum für die Rückstellfeder dient, aber ohne die Zug- / Druckfeder,
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4 einen weiteren Detailausschnitt des Stators mit einem weiteren montierten Fixierungsbolzen / Befestigungsbolzen für die Rückstellfeder, und
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5 verschiedene Ausführungsformen von Zug- / Druckfedern.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Nockenwellenverstellers 1 mit einem Stator 2, einem stirnseitig am Stator 2 befestigten Deckel 3 und einem zum Stator 2 konzentrisch darin angeordneten Rotor 4.
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Der Rotor 4 besteht aus einem hohlzylindrischen Rotorhauptkörper 5 mit einer im Wesentlichen kreisrunden Außenform und davon radial nach außen wegstehende Rotorflügel 6, welche zusammen mit Flügelzellen 7 zwei Druckkammern ausbilden (links und rechts des Rotorflügels 6). Durch Druckänderungen in den Druckkammern wird der Rotorflügel 6 bewegt und somit der Rotor 4 relativ zum Stator 2 verdreht. Um die Druckkammern, die von einer Flügelzelle 7 und einem Rotorflügel 6 gebildet werden, gegeneinander abzudichten, ist ein Dichtelement 8 am Rotorflügel 6 befestigt. Analog dazu werden die Flügelzellen zueinander durch Dichtelemente 8 im Stator 2 abgedichtet.
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Im Rotorhauptkörper 5 eingelassen montiert befindet sich eine Rückstellfeder 9, die als Zug- / Druckfeder 26 ausgebildet ist. Die Zug- / Druckfeder 26 ist mit axialen Enden 10, 11 an Fixierungsbolzen 12, 13 befestigt (siehe 2). Dieser Ausschnitt ist in 2 vergrößert dargestellt und wird im Folgenden genauer erläutert.
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2 zeigt den Detailausschnitt II aus 1, der den Bereich des Rotorhauptkörpers 5 des Rotors 4 mit der darin montierten Zug- / Druckfeder 26 vergrößert darstellt. Die Zug- / Druckfeder 26 besteht aus einem Federhauptkörper 14 und zwei axialen Enden 10, 11. Der Federhauptkörper 14 besteht aus mehreren Federwindungen 15 mit einem konstanten Innen- bzw. Außendurchmesser. Die axialen Enden 10, 11 sind als halbkreisförmige Haken ausgebildet, welche sich um die Fixierungsbolzen 12, 13 legen, wobei der Innendurchmesser der Haken der axialen Enden 10, 11 dem Außendurchmesser der Fixierungsbolzen 12, 13 in etwa entspricht. Dadurch kann die Zug- / Druckfeder 26 an den Fixierungsbolzen 12, 13 befestigt werden. Der Fixierungsbolzen 12 ist mit dem Rotorhauptkörper 5 verbunden (siehe 3), während der Fixierungsbolzen 13 am Stator 2 montiert ist (siehe 4).
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3 zeigt den Detailausschnitt II aus 1 des Rotors 4 mit der für die Zug- / Druckfeder 26 vorgesehenen Aussparung 16 im Rotorhauptkörper 5. Die Aussparung 16 ist als ein gekrümmtes Langloch ausgebildet. Dabei ist der Mittelpunkt des äußeren Krümmungsradius der Aussparung 16 identisch zum Mittelpunkt des Außenradius des Rotorhauptkörpers 5, wobei der äußere Krümmungsradius der Aussparung 16 immer kleiner ist als der Außenradius des Rotorhauptkörpers 5. An einem axialen Ende 17 der Aussparung 16 ist der Fixierungsbolzen 12 angeordnet. Dieser ist mittels eines Presssitzes / einer Presspassung dreh- und axialfest mit dem Rotor 4 verbunden. An einem anderen Ende 18 der Aussparung 16 befindet sich eine Aussparung 19, die ebenfalls in Form eines gekrümmten Langlochs ausgebildet ist. Der Mittelpunkt des äußeren Krümmungsradius der Aussparung 19 ist kongruent zum Mittelpunkt des äußeren Krümmungsradius der Aussparung 16 beziehungsweise des Außenradius des Rotorhauptkörpers 5. Dabei ist der äußere Krümmungsradius der Aussparung 19 kleiner als der äußere Krümmungsradius der Aussparung 16 und die Aussparung 19 ist schmaler ausgebildet als die Aussparung 16. Die Aussparung 19 ist notwendig, um die Relativbewegung zwischen Rotor 4 und Stator 2 auch mit dem Fixierungsbolzen 13 weiterhin zu ermöglichen. Hierzu wird der am Stator 2 befestigte Fixierungsbolzen 13 (siehe 4) in der Aussparung 19 positioniert und anschließend das andere axiale Ende 11 der Zug- / Druckfeder 26 am Fixierungsbolzen 13 befestigt.
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des stirnseitig am Stator 2 befestigten Deckels 3 und den Fixierungsbolzen 13. Der Fixierungsbolzen 13 ist am Deckel 3 so positioniert, dass er beim Zusammenbau von Rotor 4 und Stator 2 durch die Aussparung 19 in die Aussparung 16 hineinragt. Der Fixierungsbolzen 13 ist mittels eines Presssitzes / einer Presspassung mit dem Deckel 3 dreh- und axialfest verbunden. Der Fixierungsbolzen 13 ist in axialer Richtung im Vergleich zum Fixierungsbolzen 12 länger ausgebildet, sodass der in Axialrichtung durch die Bauteildicken von Rotor 4 und Stator 2 entstehende Versatz ausgeglichen wird und die Zug- / Druckfeder 26 ohne ein in Axialrichtung seitliches Verbiegen montiert werden kann.
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In 5 sind verschiedene Ausführungsformen von Zug- / Druckfedern 26 abgebildet:
So haben beispielweise die Federwindungen 15 von Federn 20 einen konstanten Innen- bzw. Außendurchmesser. Eine Feder 21 hingegen weist einen variierenden Innen- bzw. Außendurchmesser der Federwindungen 15 auf. Insbesondere eine Feder 22 weist eine eierförmige Außenkontur des Federhauptkörpers 14 auf. Zusätzlich gibt es Zug- / Druckfedern 26, bei denen mindestens ein axiales Ende als ein geradlinig ausgestaltetes, sich in Axialrichtung erstreckendes Zwischenstück mit einem Haken an einem distalen Ende 23 ausgebildet ist. Es existieren Zug- / Druckfedern 26 mit verschiedenartig ausgestalteten Ösen 24 an den axialen Enden 10, 11, wohingegen andere Ausführungsformen axiale Enden in Form von Haken 25 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Deckel
- 4
- Rotor
- 5
- Rotorhauptkörper
- 6
- Rotorflügel
- 7
- Flügelzelle
- 8
- Dichtelement
- 9
- Rückstellfeder
- 10
- axiales Ende der Rückstellfeder
- 11
- axiales Ende der Rückstellfeder
- 12
- Fixierungsbolzen
- 13
- Fixierungsbolzen
- 14
- Federhauptkörper
- 15
- Federwindungen
- 16
- Aussparung
- 17
- ein Ende der Aussparung 16
- 18
- anderes Ende der Aussparung 16
- 19
- Aussparung
- 20
- Federausführungsform mit konstantem Federwindungsdurchmesser
- 21
- Federausführungsform mit variierendem Federwindungsdurchmesser
- 22
- Federausführungsform mit einer eierförmigen Federhauptkörperaußenkontur
- 23
- geradlinig ausgestaltetes, sich in Axialrichtung erstreckendes Zwischenstück mit einem Haken an einem distalen Ende
- 24
- Öse
- 25
- Haken
- 26
- Zug- / Druckfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011003769 A1 [0002]
- DE 102012206339 A1 [0003]
