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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle mit einer Außenwelle und einer koaxial dazu angeordneten und relativ zur Außenwelle verdrehbaren Innenwelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Nockenwellen sind hinlänglich bekannt, beispielsweise auch unter der Bezeichnung „Cam in Cam“. Durch die relativ zur Außenwelle verdrehbare Nockenwelle ist es möglich, mit der Innenwelle verstiftete und auf der Au-ßenwelle geführte Nocken relativ zu fest auf der Außenwelle gefügten Nocken zu verdrehen und dadurch Steuerzeiten, wie beispielsweise Öffnungszeiten eines Ventils zu beeinflussen.
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Zur Verstellung bzw. Verdrehung der Innenwelle relativ zur Außenwelle wird üblicherweise ein Phasensteller verwendet, dessen Rotor mit der Innenwelle und dessen Stator mit der Außenwelle verbunden ist. Allerdings können hierbei sogenannte Planlauffehler und Axialtoleranzen der Innen- zur Außenwelle auftreten, welche im ungünstigsten Fall zu einem Verklemmen des Rotors im Stator führen können. Aus diesem Grund ist es erforderlich, einen Planlauf- und Axialausgleich bei gleichzeitigem rotatorisch wirkenden Kraft- oder Formschluss sicherzustellen. Um eine Geräuschentwicklung sowie einen erhöhten Verschleiß beim Schalten des Phasenstellers zu verhindern, sollte ein hierfür gewählter Formschluss zudem möglichst spielfrei sein.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Nockenwelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere in der Lage ist, Planlauffehler und Axialtoleranzen ausgleichen zu können.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer bislang bekannten, verstellbaren Nockenwelle mit einer über einen Phasensteller relativ zur Außenwelle verstellbaren Innenwelle ein Federelement vorzusehen, über welches Planlauffehler bzw. Axialtoleranzen zwischen der Innenwelle und der Außenwelle ausgeglichen werden können. Der Phasensteller dient dabei in bekannter Weise zur Verdrehung der Innenwelle relativ zur Außenwelle, oder umgekehrt. Der Phasensteller besitzt dabei einen drehfest mit der Innenwelle verbunden Rotor sowie einen drehfest mit der Außenwelle, entweder direkt oder indirekt über ein Funktionselement, verbundenen Stator. Erfindungsgemäß ist nun der Stator über das zuvor beschriebene Federelement mit der Außenwelle gekoppelt. Hierdurch ist es möglich, bislang nicht ausgleichbare Planlauffehler bzw. Axialtoleranzen kompensieren zu können und dadurch eine zuverlässige Funktion des Phasenstellers selbst bei derartigen Planlauffehlern bzw. Axialtoleranzen gewährleisten zu können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Stator über ein Federelement mit einem auf der Außenwelle angeordneten Funktionselement verbunden. In diesem Fall kann das Funktionselement beispielsweise als Nocken, als Zahnrad, oder ähnliches ausgebildet sein, so dass der Stator über das Federelement und das Funktionselement indirekt mit der Außenwelle gekoppelt ist.
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Zweckmäßig weist das Federelement zumindest zwei baugleiche Teilkreisfederelemente mit jeweils einem Teilkreisfederbügel auf, so wie mit jeweils einem an einem ersten Umfangsende in Axialrichtung abstehenden Pin und mit jeweils einer an einem zweiten Umfangsende angeordneten Öse, die komplementär zu dem Pin ausgebildet ist, wobei die zumindest zwei Teilkreisfederelemente derart miteinander verbunden sind, dass die Pins in Umfangsrichtung entgegengesetzt angeordnet sind und jeweils in eine Öse eines benachbarten Teilkreisfederelements eingreifen. Hierdurch kann ein einfach zu montierendes Federelement geschaffen werden, wobei einzelne Teilkreisfederelemente rein theoretisch auch unterschiedliche Federstärken aufweisen können, so dass diese sich zwar bezüglich der Bauform gleichen, nicht aber bezüglich einer Federkonstante. Hierdurch ist es möglich, die seitens des Federelements ausgeübte Federkraft individuell anzupassen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das Federelement ein einstückiges Ringfederelement mit mindestens zwei , vorzugsweise jedoch mit insgesamt vier Pins auf, die in Umfangsrichtung alternierend entgegengesetzt angeordnet und über in Umfangsrichtung dazwischenliegende Federbügel miteinander verbunden sind. Ein derartiges einstückiges Ringfederelement bietet den großen Vorteil, dass dessen Montage deutlich einfacher gestaltet ist, da dieses als einzelnes Bauteil eingebaut werden kann. Zudem reduzieren sich hierdurch auch die Lager- und Logistikkosten.
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Zweckmäßig greift das Federelement mit zumindest einem Pin in eine zugehörige Ausnehmung am Stator und mit zumindest einem entgegengesetzten Pin in eine zugehörige Ausnehmung an einem Funktionselement der Außenwelle oder direkt in die Außenwelle ein. Hierdurch kann eine drehfeste Verbindung zwischen dem Stator und der Außenwelle geschaffen werden, die zugleich eine Axialfederung bzw. eine federnde Axiallagerung der Außenwelle am Stator ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften und alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwelle ist das Federelement als Tellerfeder ausgebildet. Derartige Tellerfedern können dabei unterschiedlichst gestaltet sein und unterschiedliche Federstärken aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einer zuvor beschriebenen Nockenwelle auszustatten und dadurch die bezüglich der Nockenwelle beschriebenen Vorteile auf die Brennkraftmaschine zu übertragen. Derartige Vorteile sind insbesondere die Möglichkeit, mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen Federelements Axialtoleranzen und/oder Planlauffehler auszugleichen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch eine Nockenwelle entsprechend dem Stand der Technik mit federnder Axialtoleranz,
- 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einem Planlauffehler,
- 3 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Nockenwelle,
- 4 eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelements mit zwei Teilkreisfederelementen,
- 5 eine Ansicht auf ein einzelnes Teilkreisfederelement,
- 6 eine Einbausituation des Federelements entsprechend der 4,
- 7 eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federelements mit vier Teilkreisfederelementen,
- 8 eine Darstellung wie in 6, jedoch mit einem Federelement entsprechend der 7,
- 9 eine weitere alternative Ausführungsform des Federelements,
- 10 eine Einbausituation des gemäß der 9 gezeigten Federelements bei einer Nockenwelle,
- 11 ein als Tellerfeder ausgebildetes Federelement,
- 12 eine Einbausituation des Federelements gemäß der 11 in eine Nockenwelle,
- 13 eine weitere mögliche Ausführungsform eines als Tellerfeder ausgebildeten Federelements,
- 14 eine Darstellung wie in 12, jedoch mit einem Tellerfederelement gemäß der 13.
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Entsprechend der 1 bis 3, weist eine Nockenwelle 1 eine Außenwelle 2 sowie eine koaxial dazu angeordnete und relativ zur Außenwelle 2 verdrehbare Innenwelle 3 auf. Ebenfalls vorgesehen ist ein Phasensteller 4 zur Verdrehung der Innenwelle 3 relativ zur Außenwelle 2. Der Phasensteller 4 besitzt dabei eine drehfest mit der Innenwelle 3 verbundenen Rotor 5 sowie einen drehfest mit der Außenwelle 2 verbundenen Stator 6.
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Betrachtet man nun die 1, so kann man erkennen, dass hier die Innenwelle 3 mit dem Rotor 5 einseitig verschoben (ausgelenkt) ist und dadurch am Stator 6 reiben kann, was langfristig zu einer Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit führen kann. Demgegenüber weist der Rotor 5 entsprechend der 2 einen Planlauffehler auf, was ebenfalls zu einer unerwünschten Berührung in den eingekreisten Bereichen mit dem Stator 6 und damit langfristig zu einer Beschädigung führen kann, bei zu großen Auslenkungsfehlern zu einem Klemmen und damit einer Funktionsunfähigkeit.
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Erfindungsgemäß ist deshalb der Stator 6 über ein Federelement 7 mit der Au-ßenwelle 2 gekoppelt, wie dies gemäß den 3, 6, 8, 10 sowie 12 und 14 dargestellt ist. Über ein derartiges Federelement 7 ist es möglich, den gemäß der 2 vorhandenen Planlauffehler als auch die gemäß der 1 vorhandenen Axialtoleranzen auszugleichen und dadurch einen langfristigen funktionsfähigen Betrieb des Phasenstellers 4 zu ermöglichen. Eine Kopplung des Stators 6 über das Federelement 7 mit der Außenwelle 2 kann dabei entweder direkt oder indirekt, wie dies gemäß der 3 gezeigt ist, über ein Funktionselement 8 erfolgen, wobei das Funktionselement 8 beispielsweise als Nocken, als Zahnrad oder ähnliches ausgebildet sein kann.
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Betrachtet man die 2 bis 8, so kann man erkennen, dass das Federelement 7 zumindest zwei baugleiche Teilkreisfederelemente 9a, 9b (vgl. die 4 bis 6) oder sogar vier baugleiche Teilkreisfederelemente 9a, 9b, 9c und 9d (vgl. die 7 und 8) aufweist, mit einem Teilkreisfederbügel 10a, 10b, 10c, 10d, mit jeweils einem an einem ersten Umfangsende in Axialrichtung 11 abstehenden Pin 12 und mit jeweils einer an einem zweiten Umfangsende angeordneten Öse 13, die komplementär zum Pin 12 ausgebildet ist, wobei die zumindest zwei Teilkreisfederelemente 9a, 9b, 9c, 9d derart miteinander verbunden sind, dass die jeweiligen Pins 12 in Umfangsrichtung entgegengesetzt angeordnet sind und jeweils in eine Öse 13 eines benachbarten Teilkreiselements 9b, 9c, 9d, 9a eingreifen (vgl. insbesondere die 4 bis 8).
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Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass das Federelement 7, ein einstückiges Ringfederelement 14 mit vier Pins 12 aufweist, die in Umfangsrichtung alternierend entgegengesetzt angeordnet und über in Umfangsrichtung dazwischen liegende Federbügel 15 miteinander verbunden sind. Ein derartiges einstückiges Ringfederelement 14 erleichtert dabei einen Einbau in die Nockenwelle 1.
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Das Federelement 7 greift dabei in eingebautem Zustand mit zumindest einem Pin 12 in eine zugehörige Ausnehmung 16 am Stator 6 und mit zumindest einen entgegengesetzt gerichteten Pin 12 in eine zugehörige Ausnehmung 17 an dem Funktionselement 8 der Außenwelle 2 ein (vgl. insbesondere die 6, 8 und 10).
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Wiederum alternativ hierzu kann das Federelement 9 auch als Tellerfeder 18 ausgebildet sein, wie dies gemäß den 11 bis 14 dargestellt ist. Durch ein derartiges als Tellerfeder 18 ausgebildetes Federelement 9 kann insbesondere die Zahl der Anlagepunkte am Stator 6 bzw. am Funktionselement 8 erhöht werden. Dabei ist eine Fixierung des Federelements 9 am Stator 6 bzw. am Funktionselement 8 über entsprechende Fixiermittel denkbar, wobei derartige Fixiermittel auch Haltekonturen sein können, die beispielsweise am Funktionselement 8 angeordnet sind und die komplementär zu Federnase 19 an dem als Tellerfeder 18 ausgebildeten Federelement 9 ausgebildet sein.
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Die gemäß der 13 gezeigte Tellerfeder 18 unterscheidet sich von der gemäß der 11 gezeigten Tellerfeder 18 dadurch, dass die einzelnen Federnasen 19 gefaltet bzw. gebogen sind und dadurch eine gesteigerte Flexibilität zulassen. Bei beiden Tellerfedern 18 lassen sich die Ausführung, die Geometrie und die Anzahl der Federnasen 19 entsprechend den jeweiligen Anforderungen variieren.
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Eingebaut wird die erfindungsgemäße Nockenwelle 1 in eine Brennkraftmaschine 20.
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Alles in allem kann mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle 1 ein vergleichsweise einfacher Ausgleich von Axialtoleranzen und Planlauffehlern erreicht werden.
