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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
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Nockenwellenversteller werden in modernen Brennkraftmaschinen zur Optimierung der Verbrauchs- und Leistungswerte eingesetzt und dienen dazu, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile zu verändern, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist der Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmomente von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen werden. Der Nockenwellenversteller besitzt dazu einen von der Kurbelwelle angetriebenen Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor. Zwischen dem Rotor und dem Stator sind mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Arbeitskammern vorgesehen, welche durch dem Rotor zugeordnete Rotorflügel in gegeneinander wirkende Druckräume unterteilt sind. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine sind beide Druckräume permanent mit Hydraulikfluid gefüllt, so dass der Rotor und der Stator relativ steif miteinander verbunden sind. Die Steuerzeiten der Gaswechselventile werden dadurch verändert, dass der Druck in einem der Druckräume erhöht wird, während der Druck in dem jeweils anderen Druckraum gesenkt wird. Das Hydraulikfluid muss dazu dem einen Druckraum zugeführt und aus dem anderen Druckraum zu einem Tank hin abgeführt werden, wodurch sich die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle verändert.
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Damit bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor - d.h. bei unbelastetem Nockenwellenversteller - der Rotor die für den Motorstart nötige Stellung einnimmt, wird der Rotor durch ein Federelement in eine Ausgangslage gedreht. In dieser Ausgangslage kann der Rotor gegenüber dem Stator mittels einer Verriegelungseinrichtung gegen ein Verschwenken festgesetzt werden.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Nockenwellenversteller mit Spiral- oder Schenkelfedern bekannt.
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Beispielsweise ist aus der
DE 10 2010 060 620 A1 ein Nockenwellenversteller umfassend eine Spiralfeder bekannt, welche auf einem Deckel angeordnet ist und deren Enden jeweils Fortsätze des Rotors und des Stators umgreifen. Ein zusätzlicher Stift mit einem Kopf sichert die Spiralfeder hierbei in axialer Richtung.
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Die gattungsbildende
DE 10 2015 114 005 A1 beschreibt ein Nockenwellenversteller mit einem als Schenkelfeder ausgebildeten Federelement, dessen erstes Federende in eine Ausnehmung des Rotors eingreift und dessen zweites Federende radial ausgerichtet unmittelbar an einem Deckel des Stators anliegt. Das zweite Federende ist radial nach außen gerichtet vorgesehen und liegt an einem Vorsprung an, welcher einteilig an dem Deckel angeformt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen anderen Nockenwellenversteller zu schaffen, welcher kostengünstig und einfach montierbar ist. Gleichzeitig soll eine Sicherung des Federelementes in einfacher Weise gewährleistet werden können.
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Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
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Es wird ein Nockenwellenversteller mit einem von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetriebenen Stator umfassend ein Statorgehäuse vorgeschlagen, welches mit wenigstens einem im Wesentlichen scheibenförmigen Deckel abdichtend verbundenen ist. Weiter weist der Nockenwellenversteller einen drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbindbaren Rotor mit mehreren von einer Rotornabe radial nach außen abstehenden Flügeln auf, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnete Arbeitskammern durch die Flügel in Druckräume unterteilt sind. Ein zwischen dem Rotor und dem Stator wirkendes, als Schenkelfeder ausgebildetes Federelement ist vorgesehen, dessen erstes Federende mit dem Rotor und dessen zweites Federende wenigstens mittelbar mit dem Stator verbunden vorgesehen ist, wobei das Federelement wenigstens teilweise in einer Ausnehmung der Rotornabe angeordnet ist. Durch die Anordnung der Schenkelfeder im Nockenwellenversteller wird kein zusätzlicher axialer und radialer Bauraum benötigt. Gleichzeitig können durch diese Anordnung Federelemente mit höheren Federkräften zum Einsatz kommen.
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Erfindungsgemäß ist ein Federadapter zur Festlegung und Positionierung des Federelementes vorgesehen, wobei der Federadapter an dem Stator in einer Halteposition gehalten ist und das zweite Federende des Federelementes mittels des Federadapters mit dem Stator verbunden ist. Der Federadapter, welcher in kostengünstiger Weise beispielsweise als Blechbauteil ausgebildet ist, ermöglicht dabei eine einfache Sicherung und Positionierung des Federelementes. Den Bauraum vergrößernde Maßnahmen zur Sicherung und Festlegung des Federelementes am Stator, wie zusätzlich am Stator angeordnete Stifte, können entfallen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Federadapter im Wesentlichen scheibenförmig mit einem scheibenförmigen Bereich ausgebildet und weist eine in Bezug auf eine Längsachse des Nockenwellenverstellers axiale Anlagefläche zur axialen Positionierung des Federelementes auf. Die axiale Positionierung während eines Transports des Nockenwellenverstellers sowie im Betrieb kann dadurch ohne zusätzlichen axialen Bauraum und zusätzliche Maßnahmen sichergestellt werden.
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Vorzugsweise weist der Federadapter von dem scheibenförmigen Bereich radial nach außen gerichtete Vorsprünge auf, welche zu einem bajonettartigen Eingreifen in Ausnehmungen des Stators vorgesehen sind. Die Bajonettverbindung ist einfach und kostengünstig herzustellen und ermöglicht eine sichere Verbindung des Federadapters mit dem Stator.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Federadapter ein radial nach außen gerichtetes Anschlagelement aufweist, welches in der Halteposition an einem Absatz des Stators anlegbar ist. Eine vorgegebene Position des Federadapters kann damit in einfacher Weise vorgesehen werden. Der Absatz des Stators ist einfach und kostengünstig während der Herstellung des Stators vorzusehen, welcher vorzugsweise als Sinter- oder Gußteil ausgebildet ist.
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Vorzugsweise wird der Federadapter mittels der Federkraft des Federelements an dem Absatz des Stators gehalten. Das Federelement kann dadurch vorteilhafterweise in gewünschter Weise vorgespannt werden, wobei die Vorspannkraft des Federelements gleichzeitig den Federadapter festlegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Federadapter einen inneren, axial gerichteten Vorsprung auf, an welchem eine radiale Anlagefläche zur radialen Positionierung des Federelements ausgebildet ist. Ein Ausknicken oder Verrutschen der Schenkelfeder in radialer Richtung kann damit ausgeschlossen werden. Der axial gerichtete Vorsprung kann umlaufend bzw. alternativ abschnittsweise ausgebildet sein. Mittels des Federadapters kann so eine axiale und gleichzeitig eine radiale Abstützung des Federelements erzielt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das erste Federende des Federelementes einen von einer kreisförmigen Form abweichenden Querschnitt aufweist und die Ausnehmung der Rotornabe eine entsprechende Form zur Aufnahme des ersten Federendes aufweist. Das Federelement ist hierdurch einfach verdrehgesichert mit dem Rotor verbindbar.
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Vorzugsweise ist der Federadapter an dem Deckel des Stators in seiner Halteposition festlegbar. Der Stator ist grundsätzlich mehrteilig aufgebaut und weist einen Statorgehäuse sowie wenigstens einen Deckel auf. Eine Variante des Stators sieht ein Statorgehäuse vor, welches beidseitig von Deckeln abgedichtet wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Federadapter eine oder mehrere radiale Anlageflächen aufweist, mittels welcher der Federadapter an dem Stator anlegbar ist. Es ist keine umlaufende radiale Anlagefläche vorgesehen, so dass ein Verklemmen des Federadapters ausgeschlossen werden kann.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel 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:
- 1 einen Stator und einen Rotor eines bekannten Nockenwellenverstellers in perspektivischer Darstellung;
- 2 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers;
- 3 einen Schnitt B-B des Nockenwellenverstellers gemäß 2;
- 4 den Nockenwellenversteller gemäß 2 in Explosionsdarstellung;
- 5 eine vergrößerte Teilansicht des Nockenwellenverstellers gemäß 2;
- 6 einen Rotor des Nockenwellenverstellers gemäß 2 in perspektivischer Darstellung;
- 7 eine Seitenansicht eines Federadapters des Nockenwellenversteller gemäß 2;
- 8 eine Draufsicht des Federadapters gemäß 7;
- 9 eine erste perspektivische Darstellung des Federadapters gemäß 7 und
- 10 eine zweite perspektivische Darstellung des Federadapters gemäß 7.
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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 grundsätzlichen Aufbau eines bekannten Nockenwellenverstellers 1, mit dem während des Betriebes eines Verbrennungsmotors die Winkellage zwischen Kurbel- und Nockenwelle verändert wird. Durch Verdrehen der nicht dargestellten Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schliesszeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt. Der Nockenwellenversteller 1 ermöglicht dabei eine stufenlose Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle.
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Der Nockenwellenversteller 1 weist einen zylindrischen Stator 2 auf, der drehfest mit einem Zahnrad 3 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 3 ein Kettenrad, über das eine nicht näher dargestellte Kette geführt ist. Das Zahnrad 3 kann aber auch ein Zahnriemenrad sein, über das ein Antriebsriemen als Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement und das Zahnrad 3 ist der Stator 2 mit der Kurbelwelle in bekannter Weise antriebsverbunden.
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Der Stator 2 und das Zahnrad 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel einstückig miteinander ausgebildet. Schrauben verspannen einen nicht gezeigten Statordeckel gegen die Einheit aus Stator 2 und Zahnrad 3. Sind in einer alternativen Ausgestaltungsform Stator 2 und Zahnrad 3 separate Teile, so ist der Stator 2 mittels Schrauben zwischen dem Zahnrad 3 und einem Statordeckel verspannt.
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Der Stator 2 ist mit radial nach innen ragenden Stegen 5 versehen. Umfangsmäßig zwischen diesen Stegen 5 sind Flügel 6 eines Rotors 4 angeordnet. Der Rotor 4 weist eine Rotornabe 7 auf, die drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Dazu ist die Rotornabe 7 auf ein Nockenwellenende geschrumpft bzw. gepresst oder mit diesem anderweitig verbunden. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle zu verändern, wird der Rotor 4 relativ zum Stator 2 gegen die Kraft eines nicht dargestellten Federelements gedreht. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Hydraulikfluid in den der einen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern 8 unter Druck gesetzt, während die der anderen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern 9 zum Tank hin entlastet werden. Diese der anderen Drehrichtung zugeordneten Druckkammern 9 sind in der Zeichnung im Minimalzustand dargestellt.
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Damit bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor - d.h. bei unbelastetem Nockenwellenversteller 1 - der Rotor 4 die für den Motorstart nötige frühe Auslassnockenwellenstellung einnimmt, wird der Rotor 4 durch das Federelement in eine Ausgangslage gedreht. In dieser Ausgangslage ist der Rotor 4 gegenüber dem Stator 2 mittels einer Verriegelung 10 gegen ein Verschwenken festgesetzt. Diese ist in einem der Flügel 6 untergebracht. Dabei wird bei Druckabfall in den Druckkammern 8, 9 werden ein nicht näher dargestellter Verriegelungsbolzen 13 durch die Federkraft einer nicht näher dargestellten Schraubendruckfeder 14 in eine Verriegelungsstellung bewegt, in der dieser in eine Verriegelungsöffnung des nicht gezeigten Statordeckels - auch Verriegelungsscheibe genannt - eingreift. Beim Motorstart wird der Verrieglungsbolzen durch das Hydraulikfluid gegen die Federkraft belastet und zurückgeschoben, so dass der Rotor 4 vom Statordeckel entriegelt wird und der Nockenwellenversteller 1 in seine Regelstellung gelangen kann.
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Die Druckkammern 8,9 können über Querbohrungen 11, 12 mit Hydraulikfluid versorgt werden bzw. kann das Hydraulikfluid aus diesen abgelassen werden. Dazu ist beispielsweise innerhalb des Nockenwellenendes ein Hydraulikventil koaxial ausgerichtet angeordnet, welches zumindest einen Hydraulikkolben aufweist.
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Der Stator 2 sowie ein Rotor 4 des Nockenwellenverstellers 1 bestehen in der Regel aus Stahl- oder Aluminium-Legierungen und werden vorzugsweise im Sinterverfahren bzw. als Gußteile hergestellt.
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Bei der Entwicklung von Nockenwellenverstellern stellt sich immer wieder die Aufgabe, einen Nockenwellenversteller zu schaffen, welcher ohne Funktionseinbußen kostengünstig und einfach montierbar ist. Gleichzeitig spielt der geringer werdende Bauraum eine große Rolle. So liegt der nachfolgend beschriebenen Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine axiale Sicherung des Federelementes in einfacher Weise zu gewährleisten, ohne den für den Nockenwellenversteller benötigten Bauraum zu vergrößern.
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2 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 20, welcher grundsätzlich den gleichen Aufbau wie der gemäß 1 dargestellte Nockenwellenversteller 1 aufweist. Im Unterschied zum Nockenwellenversteller 1 gemäß 1 weist der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller 20 statt des Zahnriemenrads 3 ein Riemenrad 21 auf, welches einteilig mit einem Statorgehäuse 23 eines Stators 22 ausgebildet ist. Das Statorgehäuse 23 ist an seinen Stirnseiten jeweils mit einem im Wesentlichen scheibenförmigen Deckel 24, 25 abgedichtet, wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist. Die Deckel 24, 25 sind mittels Schraubenelementen 26 mit dem Statorgehäuse 23 verbunden.
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Als zwischen einem Rotor 27 und dem Stator 22 wirkendes Federelement ist eine Schenkelfeder 28 vorgesehen, deren erstes Federende 29 mit dem Rotor 27 und deren zweites Federende 30 wenigstens mittelbar mit dem Stator 22 verbunden vorgesehen ist. Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, welche einen Schnitt B-B des Nockenwellenverstellers 20 zeigt, ist die Schenkelfeder 28 dabei wenigstens teilweise in einer Ausnehmung 31 einer Rotornabe 32 des Rotors 27 angeordnet, so dass für die Schenkelfeder 28 im Nockenwellenversteller 30 wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Die Schenkelfeder 28 erstreckt sich weiter in einer Ausnehmung 33 des Deckels 25, welcher hier als Verriegelungsscheibe fungiert.
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Zur Festlegung und Positionierung der Schenkelfeder 28 ist ein Federadapter 34 vorgesehen, welcher in verschiedenen Ansichten in den 7 bis 10 dargestellt ist. Der Federadapter 34, welcher beispielsweise kostengünstig als Blechbauteil ausgebildet ist, in einer Halteposition gehalten ist, die z.B. in 5 gezeigt ist. Das erste Federende 29 weist einen von einer kreisförmigen Form abweichenden Querschnitt auf und greift verdrehgesichert in die Ausnehmung 31 der Rotornabe 32 ein, die eine entsprechende Form zur Aufnahme des ersten Federendes 29 aufweist. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung den Rotor 27. Hieraus ist ersichtlich, dass die Ausnehmung 31 beispielsweise zwei plane Abschnitte 35, 36 aufweist, welche mit linearen Abschnitten 37, 38 der Schenkelfeder 28 korrespondieren, um die verdrehgesicherte Verbindung mit dem Rotor 27 herzustellen.
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Das zweite Federende 30 der Schenkelfeder 28 ist mittelbar über den Federadapter 34 mit dem Stator 22 bzw. dem Deckel 25 verbunden, wie nachfolgend ausgeführt wird.
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Der Federadapter 34 ist im Wesentlichen scheibenförmig mit einem scheibenförmigen Bereich 40 ausgebildet und weist eine in Bezug auf eine Längsachse L des Nockenwellenverstellers 20 axiale, umlaufende Anlagefläche 39 zur axialen Positionierung des Federelementes auf.
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Der Federadapter 34 weist zur Verbindung mit dem Deckel 25 von dem scheibenförmigen Bereich 40 radial nach außen gerichtete, nasenförmig gebogene Vorsprünge 41 auf, welche zu einem bajonettartigen Eingreifen in Ausnehmungen 42 des Stators 22 bzw. des Deckels 25 vorgesehen sind. Vorzugsweise sind drei Vorsprünge 41 verteilt über den Umfang des Federadapters 34 vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch eine andere Anzahl denkbar.
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Weiter weist der Federadapter 34 ein radial nach außen gerichtetes Anschlagelement 43 auf, welches in der Halteposition des Federadapters 34 an einem Absatz 44 des Stators 22 bzw. des Deckels 25 anlegbar ist, wodurch eine vorgegebene Position des Federadapters 34 in einfacher Weise vorgesehen werden kann. Der Absatz 44 des Deckels 25 ist einfach und kostengünstig während der Herstellung vorzusehen. Wie insbesondere aus 5 ersichtlich ist, liegt das zweite Federende 30 an dem Anschlagelement 43 an und drängt das Anschlagelement 43 und damit den Federadapter 34 mittels der Federkraft des Federelements vorgespannt an den Absatz 44 des Deckels 25 gedrängt. In dieser Halteposition greifen die Vorsprünge 41 in die Ausnehmungen 42 des Deckels 25 ein und bilden die Bajonettverbindung. Die Vorspannkraft der Schenkelfeder 28 sichert den Federadapter 34 in seiner Halteposition.
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Zur Montage wird der Federadapter 34 in einer Montageposition eingesetzt, die im Vergleich zur Halteposition in Richtung des Uhrzeigersinns derart verdreht vorgesehen ist, dass sich die Vorsprünge 41 neben den Ausnehmungen 42 befinden. Hierbei wird auch die Schenkelfeder 28 weiter vorgespannt. Mit einer Dreh-Steckbewegung werden die Vorsprünge 41 in die Ausnehmungen 42 eingedreht.
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Mittels eines inneren, axial gerichteten umlaufenden Vorsprung 45 des Federadapters 34 auf, kann zudem eine radiale Anlagefläche 46 zur radialen Positionierung der Schenkelfeder 28 ausgebildet werden, so dass ein Ausknicken oder Verrutschen der Schenkelfeder 28 in radialer Richtung ausgeschlossen werden kann. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der axiale Vorsprung 45 nicht umlaufend, sondern nur in Abschnitten, d.h. abschnittsweise ausgebildet. Zudem kann eine Länge des axialen Vorsprungs 45 auch von der beispielsweise in 3 gezeigten Länge abweichen.
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Wie insbesondere aus 8 hervorgeht, ist eine radiale Anlagefläche 47 des Federadapters 34 zum Stator 22 bzw. zum Deckel 25 nicht am kompletten Umfang ausgebildet, sondern ist in eine oder mehrere Anlageflächen 47 aufgeteilt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist beispielhaft drei Anlageflächen 47 auf, welche durch weitere radial ausgebildete Vorsprünge 48 gebildet werden, deren radiale Erstreckung geringer ist als die der in die Ausnehmungen 42 eingreifenden Vorsprünge 41. Die Anlageflächen 47 sind im Vergleich zum Umfang des Federadapters 34 klein ausgebildet, so dass ein Verklemmen des Federadapters 34 verhindert werden kann.
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Der erfindungsgemäße Federadapter 34 ermöglicht wie beschrieben damit gleichzeitig eine axiale und eine radiale Sicherung des Federelementes sowie eine einfach herstellbare und zuverlässige Vorspannung des Federelementes ohne zusätzlichen Bauraum.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010060620 A1 [0005]
- DE 102015114005 A1 [0006]
