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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wie eines PKWs, eines LKWs oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einem Stator und einem relativ dazu drehbar angeordneten Rotor, wobei eine Rückstellfeder über einen rotorfesten Befestigungszapfen am Rotor und über einen statorfesten Befestigungszapfen am Stator drehmomentaufbringend angebracht ist, und mit wenigstens einem statorfesten Führungszapfen, der zum Inkontaktgelangen mit der Rückstellfeder vorgesehen ist.
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Ein gattungsgemäßer Nockenwellenversteller ist aus der Patentschrift
DE 10 2012 204 726 A1 bekannt. Diese offenbart einen Nockenwellenversteller, welcher ein Antriebselement, ein Abtriebselement und zumindest einen Seitendeckel aufweist, wobei der Seitendeckel zur Lagerung einer Feder mehrere Dome aufweist, die von Schrauben, welche zur drehfesten Verbindung zwischen dem Seitendeckel und dem Antriebselement oder dem Abtriebselement vorgesehen sind, durchragt sind.
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Auch die
DE 2012 206 339 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller mit einer an einem Zapfen einer Schraube eingehängten Feder. Es ist ein Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem Rotor offenbart, wobei am Stator zumindest ein Deckel über zumindest eine Schraube, die einen Schraubenkopf aufweist, 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 verlängernden Zapfen der Schraube anliegt.
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Somit sind aus dem Stand der Technik schon verschiedene Nockenwellenversteller bekannt, die mittels einer Rückstellfeder im Ruhezustand eine Ausgangsposition einnehmen.
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Die Nachteile des in diesen Druckschriften offenbarten Standes der Technik liegen darin, dass die in der Regel spiralförmigen Rückstellfedern in unterschiedlichen Positionen an den verschiedenen Zapfen des Rotors und des Stators angeordnet werden können, jedoch nur in einer bestimmten Position die gewünschte Vorspannung nach sich ziehen. Diese Spanne an Möglichkeiten, von denen nur eine richtig ist, bewirkt häufig eine Fehlmontage.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben, und insbesondere eine Vorrichtung zu offenbaren, die konstruktiv derart gestaltet ist, dass eine Fehlmontage der Rückstellfeder und eine daraus resultierende fehlerhafte Vorspannung vermieden wird. Insbesondere soll eine Poka-Yoke geeignete Konstruktion ermöglicht werden.
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Dies wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der statorfeste Führungszapfen auf einem anderen Radius von einem Rotationszentrum des Rotors aus gesehen angeordnet ist, als der statorfeste Befestigungszapfen. Sollte bei dieser Anordnung ein Monteur die Rückstellfeder bei der Montage in einen anderen Zapfen als den statorfesten Befestigungszapfen einhängen wollen, ergibt sich ein Verzug der Rückstellfeder, wodurch einer Fehlmontage vorgebeugt wird. Somit werden zum einen die Kosten gesenkt, da weniger Produkte in der Qualitätskontrolle modifiziert werden müssen, zum anderen erhöht sich die Betriebssicherheit, da bei der Montage keine unplanmäßige Vorspannung mehr eingestellt wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Stator mehrere statorfeste Führungszapfen aufweist, wobei der statorfeste Führungszapfen, der vom rotorfesten Befestigungszapfen aus gesehen in Wickelrichtung der Rückstellfeder unmittelbar vor dem statorfesten Befestigungszapfen angeordnet ist, radial innerhalb zu einem oder allen anderen Führungszapfen versetzt angeordnet ist. Jener Versatz nach radial innen bewirkt eine Kollision der Rückstellfeder mit dem, nach radial innen versetzten statorfesten Führungszapfen bei einer fehlerhaften Montage. Weiterhin würde ein Windungsabstand der Rückstellfeder bei der radial inneren Anordnung des Führungszapfens derart vergrößert werden, dass sich weitere Spannungen ergäben. Somit ist ein Monteur nicht in der Lage oder zumindest stark gehindert, die Rückstellfeder fehlerhaft zu montieren.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass alle Führungszapfen auf unterschiedlichen Radien angeordnet sind. Durch diese Ausführung wird eine Fehlmontage zunehmend erschwert, da die Führungszapfen derart angeordnet sind, dass hohe Spannungen in der Rückstellfeder entstehen, wenn sie nicht in der gewünschten Position montiert wird.
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Sobald die Befestigungszapfen und/oder Führungszapfen derart angeordnet sind, dass sie hinsichtlich der Montage der Rückstellfeder ein Poka-Yoke-Prinzip realisieren, bewirkt dies, weitere Kostenvorteile. Das Poka-Yoke-Prinzip zieht eine sofortige Fehleraufdeckung und -verhinderung nach sich, wodurch der Schritt der Qualitätskontrolle für die Position der Einhängung der Rückstellfeder nicht mehr aufgebracht werden muss. Somit wird der gesamte Nockenwellenversteller in seinem Fertigungsprozess effizienter.
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Auch wenn der Betrag, um den der statorfeste Führungszapfen näher an der Drehachse liegt, als der statorfeste Befestigungszapfen, klein ist im Vergleich zu der Distanz zwischen dem statorfesten Befestigungszapfen und der Drehachse, zieht dies positive Aspekte nach sich. So ist keine komplette Umgestaltung des Fertigungsprozesses des Nockenwellenverstellters nötig, um die Erfindung in vorhandene Montageketten aufzunehmen.
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Die Erfindung betrifft auch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wie eines PKWs, eines LKWs oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einer Antriebseinheit, einem Getriebe, einer Kupplung und einem zuvor vorgestellten Nockenwellenversteller, wobei eine Rückstellfeder des Nockenwellenverstellers radial innen formschlüssig mit einem rotorfesten Befestigungszapfen verbunden ist und radial außen formschlüssig mit einem statorfesten Befestigungszapfen verbunden ist.
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Weiterhin gilt, dass die statorfesten Führungs- und Befestigungszapfen auch als Befestigungselemente, Pins, Bolzen, Vorsprünge, Vertiefungen, Ausnehmungen, Niete und/oder Schrauben ausgebildet sein können.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen durch eine gleiche Beabstandung / einen gleichen Teilkreisdurchmesser der statorfesten Führungs- und Befestigungszapfen eine Fehlmontage der Rückstellfeder nicht ausgeschlossen werden kann. Diese kann durch eine Fehlpositionierung in einer Winkelrichtung sowie durch eine zu kleine oder eine zu große Federvorspannung nach der Federeinhängung zustande kommen.
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Dies führt zu einer größeren radialen Dimensionierung der Feder und resultiert dadurch in höheren Fertigungskosten aufgrund der radial größeren Ausgestaltung der Bauteile des Deckels / der Deckel, des Stators und des Rotors.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine richtige Montage der Rückstellfeder sichergestellt. Weiterhin bewirkt die Erfindung einen günstigeren Verlauf der äußeren Federwindungen mit einem kleineren Krümmungsradius im Bereich des Rotors. Diese kleineren Krümmungsradien ermöglichen eine bessere Spannungsverteilung innerhalb der Rückstellfeder und sie reduzieren weiterhin die Biegespannungen entlang der abgestützten Federwindungen.
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Weiterhin können unterschiedliche Teilkreisdurchmesser für die statorfesten Führungs- und Befestigungszapfen für einen besseren Ausgleich der Unwucht innerhalb eines Nockenwellenverstellers sorgen sowie durch größere Aussparungen im Bereich der Zapfen das Gewicht reduzieren.
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Durch das Poka-Yoke-Prinzip lässt sich auch eine eindeutige Zuordnung und Positionierung der Einzelteile wie Stator, Rotor und Deckel während der Verstellermontage realisieren, sodass die Positionierungsfehler in der Produktion sicher ausgeschlossen werden können
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Die Erfindung wird nachfolgend mittels Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen aus dem Stand der Technik bekannten Nockenwellenversteller mit einer richtig montierten Rückstellfeder;
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2 eine Draufsicht auf den Nockenwellenversteller aus 1 mit einer falschen Montageposition der Rückstellfeder;
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3 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einer falschen Montageposition der Rückstellfeder;
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4 eine Draufsicht auf den Nockenwellenversteller aus 3 mit einer richtigen Montageposition der Rückstellfeder; und
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5 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers mit einer richtigen Montageposition der Rückstellfeder.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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In 1 ist ein Nockenwellenversteller 1 des Flügelzellentyps aus dem Stand der Technik dargestellt. Er weist einen Stator 2 auf, der von einem nicht dargestellten Endloszugmittel angetrieben wird und somit um eine Drehachse / ein Rotationszentrum 9 rotiert. Radial innerhalb des Stators 2 ist ein Rotor 3 angeordnet. Dieser ist relativ zum Stator 2 verdrehbar angeordnet, woraus eine Verstellung von Ventilzeiten einer Verbrennungskraftmaschine resultiert. Denn der Rotor 3 steht wiederum mit einer nicht dargestellten Nockenwelle in Verbindung.
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Sobald ein Öldruck, der zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 anliegt und der die Funktionsweise des Nockenwellenverstellers 1 sicherstellt, abfällt, was mit jedem Motorabschalten der Fall ist, wird der Nockenwellenversteller 1 von einer Rückstellfeder 4 in eine Ausgangsposition zurückversetzt. Im Betrieb bringt der Öldruck demnach eine Kraft entgegen der Wirkrichtung der Rückstellfeder 4 auf.
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Ein rotorfester Befestigungszapfen 5 ist dazu vorbereitet, dass die spiralförmige Rückstellfeder 4 an ihrem radial inneren Ende formschlüssig mit dem Rotor 3 verbunden werden kann. Der rotorfeste Befestigungszapfen 5 stellt damit sicher, dass die Rückstellfeder 4 eine Stellkraft / Vorspannung auf den Rotor 3 ausüben kann.
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Ein statorfester Befestigungszapfen 6 ist wiederum dazu vorbereitet, dass die spiralförmige Rückstellfeder 4 an ihrem radial äußeren Ende formschlüssig mit dem Stator 2 verbunden werden kann. So kann gesagt werden, dass ein radial nach innen zeigender Federabschnitt, auch als „Federanfang“ bezeichnet, über den rotorfesten Befestigungszapfen 5 eine Verbindung zwischen der Rückstellfeder 4 und dem Rotor 3 herstellt. Andererseits stellt ein radial nach außen zeigender Federabschnitt, auch als „Federende“ bezeichnet, über den statorfesten Befestigungszapfen 6 eine Verbindung zwischen der Rückstellfeder 4 und dem Stator 2 her.
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Von hoher Bedeutung für die richtige Führung der Feder sind Führungszapfen 7. Die Führungszapfen 7 sorgen für eine optimale Spannungsverteilung innerhalb der Rückstellfeder 4. Wichtig hierfür ist, dass einer der Führungszapfen 7, nämlich der, der sich im dargestellten Ausführungsbeispiel auf 6 Uhr befindet, also der in Umfangsrichtung der Rückstellfeder 4 vor dem statorfesten Befestigungszapfen 6 angeordnete Führungszapfen 7, an seiner radial äußeren Mantelfläche von der Rückstellfeder umlaufen wird. Hiermit hebt sich jener Führungszapfen 7, der direkt vor dem statorfesten Befestigungszapfen 6 angeordnet ist, von den anderen Führungszapfen 7 ab, die an ihrer radial innengelegenen Mantelfläche von der Rückstellfeder 4 umlaufen werden.
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Die in 1 dargestellte Anordnung entspricht dabei der richtigen Montageposition der Rückstellfeder 4.
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In 2 ist ebenfalls der Stand der Technik dargestellt. Die Bezugszeichen sind demnach der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen. Verglichen mit 1 fällt auf, dass der Federanfang um etwa 180° versetzt zu der Ausführung in 1 angeordnet ist. Das Federende hingegen ist nur um etwa 90° zu der Ausführung in 1 angeordnet. Es ist somit offensichtlich, dass die Rückstellfeder 4, die in 1 und 2 das gleiche Bauteil ist, unterschiedliche Vorspannungen impliziert. Bei der Anordnung in 2 handelt es sich demnach um eine Fehlmontage.
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3 stellt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 dar. Der Führungszapfen 7, der sich im vorliegenden Beispiel auf 6 Uhr befindet, ist dabei radial weiter innengelegen als die anderen Führungszapfen 7 und der statorfeste Befestigungszapfen 5. 3 stellt, analog zu 2, eine Fehlmontage der Feder dar. Dadurch, dass der eine Führungszapfen 7 radial weiter innen angeordnet ist, folgt eine starke Kollision der Rückstellfeder 4 mit dem entsprechenden Führungszapfen 7. Bei dieser Kollision wird dem Monteur klar, dass es sich um eine Fehlmontage handelt. Somit realisiert die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Poka-Yoke-Prinzip.
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4 stellt eine richtige Montage der Rückstellfeder 4 dar. Hierfür ist erfindungsgemäß eine Radiusdifferenz 8 zwischen dem einen Führungszapfen 7, der in Umfangsrichtung der Rückstellfeder 4 vor dem statorfesten Befestigungszapfen 6 angeordnet ist, und den anderen Führungszapfen 7 und dem statorfesten Befestigungszapfen 6 realisiert. Die Radiusdifferenz 8 bewirkt zum einen, dass sich die Rückstellfedert 4 bei korrekter Montage weniger spreizen muss, um den einen Führungszapfen 7 radial außen zu umlaufen, wie in 4 dargestellt, zum anderen zieht sie bei falscher Montage eine Kollision der Rückstellfeder 4 mit dem Führungszapfen 7 nach sich, sodass eine fehlerhafte Montage gemäß dem Poka-Yoke-Prinzip verhindert wird, wie in 3 dargestellt.
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5 stellt eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 4 dar. Mittels des formschlüssigen Einhängens des Federanfangs in den rotorfesten Befestigungszapfen 5 und des Federendes in den statorfesten Befestigungsabschnitt 6 ergibt sich durch die richtige Führung der Rückstellfeder 4 durch die Führungszapfen 7 eine gewünschte Vorspannung durch die Rückstellfeder 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Rückstellfeder
- 5
- rotorfester Befestigungszapfen
- 6
- statorfester Befestigungszapfen
- 7
- Führungszapfen
- 8
- Radiusdifferenz
- 9
- Drehachse / Rotationszentrum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012204726 A1 [0002]
- DE 2012206339 A1 [0003]
