DE112015005262B4

DE112015005262B4 - Abstützbolzen zur Führung einer Feder in einem Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE112015005262B4
Application number: DE112015005262.3T
Authority: DE
Inventors: Sarah Hopkins; Jeffrey Harris
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2024-07-25
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: CN107002518A; WO2016081167A1; CN107002518B; US9334763B1; US20160146065A1; DE112015005262T5

Abstract

Nockenwellenversteller, der aufweist: ein Antriebskettenrad zur Aufnahme eines Drehmoments; einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad verbundenen Stator; einen Rotor; und eine Positionierfeder. Der Rotor ist mindestens teilweise drehbar in Bezug auf den Stator und ist derart angeordnet, dass er nicht drehbar mit einer Nockenwelle verbunden werden kann. Der Rotor weist auf: erste und zweite, in radialer Richtung angeordnete Seiten, die jeweils in erste und zweite, entgegengesetzte axiale Richtungen parallel zu der Rotationsachse orientiert sind; eine nicht runde Bohrung, die die ersten und zweiten, in radialer Richtung angeordneten Seiten miteinander verbindet; einen Abstützbolzen, der einen ersten Bereich aufweist, der in der Bohrung angeordnet und derart ausgebildet ist, dass er an einer Mehrzahl von parallel zu der Rotationsachse verlaufenden Linien in Kontakt mit einer inneren radialen Fläche der Bohrung kommen kann, wobei diese radiale Fläche einen kleineren Umfang hat als der Umfang der Bohrung; und wobei der Abstützbolzen einen zweiten Bereich aufweist, der sich an der zweiten in radialer Richtung angeordneten Seite vorbei in die zweite axiale Richtung erstreckt. Die Positionierfeder steht in Eingriff mit dem zweiten Bereich und spannt den Rotor in eine Umfangsrichtung vor.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Nockenwellenversteller, der einen eingepressten Abstützbolzen aufweist, der in Eingriff mit einer Positionierfeder für einen Rotor kommen kann. Insbesondere ist der Abstützbolzen in einer nicht runden Bohrung entweder des Stators oder des Rotors, oder von beiden, angeordnet, so dass sich ein Presssitz entlang von Linien oder Punkten bildet, welche kleiner als der gesamte Umfang der durchgehenden Bohrung sind.
Hintergrund
Nockenwellenversteller sind beispielsweise aus DE 10 2012 206 339 A1 oder DE 11 2014 000 377 T 5 bekannt.
Es ist ferner bekannt, eine Halteplatte für eine Feder oder ein presssitzbildendes Bauteil zum Greifen oder Halten einer Positionierfeder für einen Rotor zu verwenden. Die Verwendung einer Federhalteplatte erhöht die Anzahl der Bauteile sowie auch die Kosten für den Versteller, und kann auch die axiale Länge des Verstellers vergrößern. Bauteile, welche einen Presssitz bilden und in Kontakt mit einem wesentlichen Teil des Gesamtumfangs einer Bohrung sind, verursachen verhältnismäßig hohe Kosten, da ein Nachschleifen notwendig wird.
Zusammenfassung
Gemäß den hierin beschriebenen Merkmalen stellt die Erfindung einen Nockenwellenversteller zur Verfügung, der aufweist: eine Rotationsachse; ein Antriebskettenrad, das derart angeordnet ist, dass es ein Drehmoment aufnehmen kann, einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad verbundenen Stator; einen Rotor; und eine Positionierfeder. Der Rotor ist mindestens teilweise drehbar in Bezug auf den Stator und ist derart angeordnet, dass er nicht drehbar mit einer Nockenwelle verbunden werden kann. Der Rotor weist auf: erste und zweite, in radialer Richtung angeordnete Seiten, die jeweils in erste und zweite, entgegengesetzte axiale Richtungen parallel zu der Rotationsachse orientiert sind; eine nicht runde Bohrung, die die ersten und zweiten in radialer Richtung angeordneten Seiten miteinander verbindet; und einen Abstützbolzen, der einen ersten Bereich aufweist, der in der Bohrung angeordnet und derart ausgebildet ist, dass er an einer Mehrzahl von parallel zu der Rotationsachse verlaufenden Linien in Kontakt mit einer inneren radialen Fläche der Bohrung kommen kann, wobei diese radiale Fläche einen kleineren Umfang hat als der Gesamtumfang der Bohrung; wobei der Abstützbolzen einen zweiten Bereich aufweist, der sich an der zweiten in radialer Richtung angeordneten Seite vorbei in die zweite axiale Richtung erstreckt. Die Positionierfeder steht in Eingriff mit dem zweiten Bereich und dem Stator, und spannt den Rotor in eine Umfangsrichtung vor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es werden jetzt verschiedene Ausführungen, lediglich als Beispiele, unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen offenbart, wobei einander entsprechende Bezugszahlen sich auf einander entsprechende Teile beziehen. Die Figuren zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems zur Veranschaulichung der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe;
2 eine perspektivische Ansicht eines Nockenwellenverstellers mit einem in einer Bohrung angeordneten Abstützbolzen;
3 eine perspektivische Ansicht des Abstützbolzens gemäß 2;
4 eine Querschnittsansicht des Rotors, des Abstützbolzens und der Positionierfeder der 2, im Wesentlichen entlang Linie 4-4 in 2;
5 eine Querschnittsansicht des Abstützbolzens und der Bohrung, im Wesentlichen entlang Linie 5-5 in 2; und
6 eine Querschnittsansicht des Abstützbolzens und der Bohrung in einer weiteren Ausführung, im Wesentlichen entlang Linie 5-5 der 2.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Anfänglich muss es klar gemacht werden, dass gleiche Bezugszahlen in verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen sich auf identische oder auf funktionsidentische Bauteile der Offenbarung beziehen. Es ist selbstverständlich, dass die beanspruchte Offenbarung nicht auf die offenbarten Aspekte begrenzt ist.
Weiterhin ist es auch selbstverständlich, dass sich diese Offenbarung nicht auf die konkrete beschriebene Methodik, oder auf angegebene Werkstoffe und Modifikationen begrenzt und kann als solche sehr wohl abgeändert werden. Auch ist es selbstverständlich, dass die hier verwendeten Begriffe nur dem Zweck der Beschreibung konkreter Aspekte dienen, und sie sollen sich nicht auf den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einschränken.
Wenn nicht anderweitig definiert, besitzen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung wie sie ein Fachmann auf dem Gebiet der Offenbarung generell versteht. Es muss verstanden werden, dass es möglich ist, beliebige ähnliche oder gleichwertige Verfahren, Vorrichtungen bzw. Werkstoffe wie die hier beschriebenen in der Ausführung der Offenbarung oder zur Durchführung von Versuchen mit der Offenbarung zu verwenden.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems 10, welche die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe veranschaulicht. Die vorliegende Anmeldung ist zumindest teilweise im Rahmen eines zylindrischen Koordinaten-Systems erläutert. Das System 10 weist eine Längsachse 11 auf, die als Bezug für die nun folgenden Richtungs- und Raumbegriffe dient. Die axiale Richtung AD verläuft parallel zur Achse 11. Die radiale Richtung RD verläuft orthogonal zur Achse 11. Die Umfangsrichtung CD wird definiert durch einen Endpunkt des Radius R (orthogonal zur Achse 11) bei dessen Rotation um die Achse 11.
Um die Raumbegriffe zu erklären werden die Gegenstände 12, 13 und 14 verwendet. Eine axiale Fläche, wie die Fläche 15 des Gegenstands 12 wird durch eine parallel zur Achse 11 verlaufende Ebene gebildet. Die Achse 11 verläuft in derselben Ebene wie die ebene Fläche 15. Es ist jedoch nicht unbedingt nötig, dass eine axiale Fläche in derselben Ebene liegt wie die Achse 11. Eine radiale Fläche, wie die Fläche 16 des Gegenstands 13 wird durch eine orthogonal zur Achse 11 und koplanar mit einem Radius, zum Beispiel Radius 17, verlaufende Ebene gebildet. Die Fläche 18 des Gegenstands 14 bildet eine Umfangsfläche bzw. eine zylindrische Fläche. Zum Beispiel erstreckt sich ein Umfang 19 durch die Fläche 18. Als weiteres Beispiel, findet eine axiale Bewegung parallel zur Achse 11 statt, eine radiale Bewegung verläuft orthogonal zur Achse 11, und eine Umfangsbewegung ist parallel zum Umfang 19. Eine Drehbewegung bezieht sich auf die Achse 11. Die Eigenschaftswörter „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ verstehen sich mit Bezug auf Orientierungen, die parallel zur Achse 11, zum Radius 17 bzw. zum Umfang 19 verlaufen. Zum Beispiel erstreckt sich eine in axialer Richtung angeordnete Fläche oder Rand in Richtung AD, eine in radialer Richtung angeordnete Fläche oder Rand erstreckt sich in Richtung R, und eine in Umfangsrichtung angeordnete Fläche oder Rand erstreckt sich in Richtung CD.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Nockenwellenverstellers 100 mit einem in einer Bohrung angeordneten Abstützbolzen.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Abstützbolzens gemäß 2.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Rotors 106, des Abstützbolzens, der Positionierfeder und des Deckels der 2, im Wesentlichen entlang Linie 4-4 in 2. 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Abstützbolzens und der Kontur der Bohrung des Rotors 106, im Wesentlichen entlang Linie 5-5 in 2. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführung des Abstützbolzens und der Kontur der Durchgangsbohrung des Rotors, im Wesentlichen entlang Linie 5-5 der 2. Was jetzt folgt soll mit Bezugnahme auf die 2 bis 5 gelesen werden. Der Nockenwellenversteller 100 weist eine Rotationsachse AR, ein Antriebskettenrad 102, das derart angeordnet ist, dass es ein Drehmoment aufnehmen kann, einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad 102 verbundenen Stator 104, einen Deckel 130, einen Rotor 106 und eine Positionierfeder 108 auf. Der Rotor 106 ist mindestens teilweise drehbar in Bezug auf den Stator 104, um Phasenverstellungsschritte zu implementieren und ist derart angeordnet, dass er nicht drehbar mit einer Nockenwelle (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Der Rotor 106 weist in radialer Richtung angeordnete Seiten 112 und 114, eine Bohrung 116, die die Seiten 112 und 114 miteinander verbindet, und einen Abstützbolzen 118 auf. Die Bohrung 116 kann eine Sackbohrung oder eine Durchgangsbohrung sein. Um der Klarheit willen ist in den 4 und 5 das Spiel zwischen der Bohrung 116 und dem Bolzen 118 übertrieben dargestellt. Die Seitenflächen 112 und 114 sind in entgegengesetzte axiale Richtungen AD1 bzw. AD2 gewandt und verlaufen parallel zu der Achse AR. Der Bolzen 118 weist einen Bereich 120 auf, der in der Bohrung 116 angeordnet ist und einen Bereich 122, der sich über die Seite 114 hinaus erstreckt. Die Positionierfeder 108 steht in Eingriff mit dem Bereich 122 und dem Stator 104 zum Beispiel am Bolzen 121 und spannt den Rotor 106 zum Beispiel in die Umfangsrichtung CD vor in eine Ausgangs- oder Normalstellung.
Die Bohrung 116 weist Scheitelpunkte 116A mit Radius R1 ausgehend von der Achse des Abstützbolzens 116 auf, zum Beispiel die Achse L1 des Bolzens 118 in den 4 und 5 und Basispunkte 116B mit Radius R2, der kleiner ist als Radius R1. Der Bereich 120 weist ein im Bereich 116A angeordnetes Segment 120A und ein im Bereich 116B angeordnetes Segment 120B auf. In einer beispielhaften Ausführung besitzt die Bohrung 116 drei Scheitelpunkte und drei Basispunkte welche, wie in 5 gezeigt, entlang einer radialen Ebene zusammen einen im Wesentlichen dreieckigen oder dreibogigen Querschnitt bilden. In einer anderen Ausführung besitzt die Bohrung 116 sechs Scheitelpunkte 116A und sechs Basispunkte 116B welche, wie in 6 gezeigt, entlang einer radialen Ebene zusammen einen im Wesentlichen hexagonalen oder sechsbogigen Querschnitt bilden. Der Bolzen 118 und die Bohrung 116 kontaktieren sich an den Basispunkten 116B und bilden somit die Kontaktlinien 200 entlang einer parallel zur Achse L1 verlaufenden Achse. In Abhängigkeit von der Rundheit des Bolzens 118 und den Kontouren der Basispunkte 116B kann ein Kontakt zwischen dem Bolzen 118 und der Bohrung 116 zur Bildung von Kontaktebenen 201 führen (siehe 5). Die Kontaktlinie 200 und die Kontaktebene 201 sind der Klarheit willen in den 5 und 6 übertrieben dargestellt. Durch Vorsehen einer Vielzahl von um den Umfang verteilten Kontaktlinien 200 bzw. Kontaktebenen 201 kann ein Pressverband zwischen dem Abstützbolzen 118 und dem Rotor 106 geschaffen werden. Es wird dem Fachmann ohne weiteres klar sein, dass sich eine Kombination von Kontaktlinien 200 und Kontaktebenen 201 ergeben kann, oder dass eine solche Kombination verwendet werden kann. Die obige Beschreibung gilt für die Bolzen 121 oder für beliebig andere Führungsbolzen, die für eine spezifische Anwendung eventuell verwendet werden, und auch für die jeweiligen Bauteile, in denen sie eingebaut werden, zum Beispiel im Stator 104.
Der Bereich 122 weist eine ringförmige Ausnehmung 126 auf, wobei die Positionierfeder 108 derart angeordnet ist, dass sie an der ringförmigen Ausnehmung 126 mit dem Abstützbolzen 118 in Eingriff kommen kann. In einer beispielhaften Ausführung weist der Nockenwellenversteller 100 einen Deckel 128 auf, der fest mit der Seite 112 verbunden ist und die Bohrung 116 zudeckt.
Die Bohrung 116 und der Bolzen 118, die an den Linien oder Ebenen, welche kleiner sind als der Gesamtumfang des Bolzens 118, im Presssitz miteinander stehen, führen zur Bildung von Druckspannungen in dem aufnehmenden Bauteil, in diesem Fall der Rotor 106 oder der Stator 104, an Stelle von Zugspannungen, die sich ergeben würden, wenn am gesamten Umfang des Bolzens 118 Kontakt gegeben wäre, wie dies in bekannten Anwendungen mit einem Pressverband oder Presssitz typisch ist. Der für die Fertigung des Rotors 106 oder Stators 104 verwendete Werkstoff kann unter Druckspannungen eine höhere Lebensdauer aufweisen, so dass auch ein größerer im Presssitz befindlicher Bereich an den Kontaktlinien oder -bereichen akzeptabel wäre. Größere Toleranzen für solche Bauteile können zu niedrigeren Kosten sowohl bei der Fertigung wie auch bei den Bauteilen führen
Es ist zu verstehen, dass verschiedene der oben offenbarten und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon, beliebig zu zahlreichen anderen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Verschiedene zurzeit nicht vorgesehene oder erwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen zu diesen durch Fachleute sind durch die folgenden Ansprüche eingeschlossen und sollen gleichfalls geschützt werden.
Bezugszeichenliste

100: Nockenwellenversteller
102: Antriebskettenrad
104: Stator
106: Rotor
108: Positionierfeder
112: Seite
114: Seite
116: Bohrung
118: Abstützbolzen
120: erster Bereich
122: zweiter Bereich
126: ringförmige Ausnehmung
128: Deckel
200: Kontaktlinie
201: Kontaktfläche
AD1: axiale Richtung
AD2: axiale Richtung
AR: Rotationsachse

Claims

Nockenwellenversteller (100), der aufweist: eine Rotationsachse (AR); ein Antriebskettenrad (102), das derart angeordnet ist, dass es ein Drehmoment aufnehmen kann; einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad (102) verbundenen Stator (104), und weiterhin aufweist: erste und zweite, in radialer Richtung angeordnete Seiten (112, 114), die jeweils in erste und zweite, entgegengesetzte axiale Richtungen (AD1, AD2) parallel zu der Rotationsachse (AR) orientiert sind; einen Rotor (106), der mindestens teilweise drehbar in Bezug auf den Stator (104) ist, und der derart angeordnet, dass er nicht drehbar mit einer Nockenwelle verbunden werden kann, und aufweisend: erste und zweite, in radialer Richtung angeordnete Seiten (112, 114), die jeweils in erste und zweite, entgegengesetzte axiale Richtungen (AD1, AD2) parallel zu der Rotationsachse (AR) orientiert sind; und eine nicht runde Bohrung (116), die sich mindestens teilweise durch den Rotor (106) erstreckt; einen Abstützbolzen (118), der aufweist: einen ersten, in der Bohrung (116) angeordneten Bereich (120); wobei der erste Bereich (120) derart ausgebildet ist, dass er an einer Mehrzahl von parallel zu der Rotationsachse (AR) verlaufenden Linien in Kontakt mit einer inneren radialen Fläche der Bohrung (116) kommen kann, wobei diese radiale Fläche einen kleineren Umfang hat als der Gesamtumfang; und wobei der Abstützbolzen (118) einen zweiten Bereich (122) aufweist, der sich, an der zweiten, in radialer Richtung angeordneten Seite (114) vorbei, in die zweite axiale Richtung (AD2) erstreckt; und wobei eine Positionierfeder (108) in Eingriff mit dem zweiten Bereich (122) und dem Stator (104) steht, um den Rotor (106) in eine Umfangsrichtung vorzuspannen.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 1, worin die Bohrung (116) einen radialen Querschnitt mit einer bogigen Form besitzt mit Scheitelpunkten und Basispunkten; und der erste Bereich (120) des Abstützbolzens (118) an den Basispunkten in Kontakt mit der inneren radialen Fläche der Durchgangsbohrung (116) kommt.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 2, worin der Kontakt der Bohrung (116) und des ersten Bereichs (120) des Abstützbolzens (118) findet entlang Kontaktlinien (200) statt, welche parallel zu der Mittelachse des Bolzens (118) verlaufen.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 1, worin der Rotor (106) eine nicht runde Bohrung (116) aufweist, die die ersten und zweiten, in radialer Richtung angeordneten Seiten (112, 114) des Rotors (106) miteinander verbindet.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 4, worin der Rotor (106) einen zweiten Abstützbolzen (118) aufweist, der in der nicht runden Bohrung (116) des Rotors (106) angeordnet ist.
Nockenwellenversteller (100), der aufweist: eine Rotationsachse (AR); ein Antriebskettenrad (102), das derart angeordnet ist, dass es ein Drehmoment aufnehmen kann, einen nicht drehbar mit dem Antriebskettenrad (102) verbundenen Stator (104), und weiterhin aufweisend: erste und zweite, in radialer Richtung angeordnete Seiten (112, 114), die jeweils in erste und zweite, entgegengesetzte axiale Richtungen (AD1, AD2) parallel zu der Rotationsachse (AR) orientiert sind; eine nicht runde Bohrung (116), die die ersten und zweiten in radialer Richtung (AD1, AD2) angeordneten Seiten (112, 114) des Stators (104) miteinander verbindet; einen ersten Abstützbolzen (118), der aufweist: einen ersten Bereich (120), der in der Bohrung (116) angeordnet ist; wobei der erste Bereich (120) des Abstützbolzens (118) mit einer inneren radialen Fläche der Bohrung (116) entlang einer Länge des Abstützbolzens (118), parallel zu der Rotationsachse (AR) und im Wesentlichen von der ersten zu der zweiten in radialer Richtung angeordneten Seite (112, 114) des Stators (104) verlaufend in Kontakt kommt; und wobei der Abstützbolzen (118) einen zweiten Bereich (122) aufweist, der sich an der zweiten in radialer Richtung angeordneten Seite (114) vorbei in die zweite axiale Richtung erstreckt; einen Rotor (106), der mindestens teilweise drehbar in Bezug auf den Stator (104) ist, und der derart angeordnet ist, dass er nicht drehbar mit einer Nockenwelle verbunden werden kann, wobei der Rotor (106) aufweist: erste und zweite, in radialer Richtung angeordnete Seiten (112, 114), die jeweils in erste und zweite, entgegengesetzte axiale Richtungen (AD1, AD2) parallel zu der Rotationsachse (AR) orientiert sind; und eine nicht runde Bohrung (116), die die ersten und zweiten in radialer Richtung angeordneten Seiten (112, 114) des Rotors (106) miteinander verbindet; wobei ein zweiter Abstützbolzen (118) aufweist: einen ersten, in der zweiten Bohrung (116) angeordneten Bereich (120), wobei der erste Bereich (120) des zweiten Abstützbolzens (118) mit einer inneren radialen Fläche der zweiten Bohrung (116) entlang einer Länge des zweiten Abstützbolzens (118), parallel zu der Rotationsachse (AR) und im Wesentlichen von der ersten zu der zweiten in radialer Richtung angeordneten Seite (112, 114) des Rotors (106) verlaufend in Kontakt kommt; und wobei eine Positionierfeder (108) mit dem zweiten Bereich (122) des ersten Abstützbolzens (118) und mit dem zweiten Bereich (122) des zweiten Abstützbolzens (118) in Eingriff steht und den Rotor (106) in eine Umfangsrichtung (CD) vorspannt.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 6, worin die erste Bohrung (116) aufweist: einen Querschnitt mit einer bogigen Form mit Scheitelpunkten und Basispunkten; wobei der erste Bereich (120) des ersten Abstützbolzens (118) mit der inneren radialen Fläche der ersten Durchgangsbohrung an den Basispunkten in Kontakt kommt.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 6, worin der Kontakt der Bohrung (116) und des ersten Bereichs (120) des ersten Abstützbolzens (118) entlang von Kontaktlinien (200) stattfindet, welche parallel zu der Mittelachse des Bolzens (118) verlaufen.
Nockenwellenversteller (100) gemäß Anspruch 6, worin die bogige Form eine dreibogige Form mit drei Scheitelpunkten und drei Basispunkten ist.