EP3084153B1

EP3084153B1 - Nockenwellenverstellvorrichtung, verbrennungsmotor sowie montageverfahren

Info

Publication number: EP3084153B1
Application number: EP14803070.3A
Authority: EP
Inventors: Stefan Bender; Harald Eckhardt; Peter Vincon
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2034-11-12
Also published as: US9909465B2; EP3084153A1; US20170002700A1; DE102013114625A1; CN105849372B; WO2015090741A1; CN105849372A

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 umfassend einen elektromagnetischen Aktuator mit einem entlang einer Verstellachse axial verstellbaren Anker zur Betätigung eines hydraulischen Ventils zur Nockenwellenverstellung. Die Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst Befestigungsmittel zum Festlegen des Aktuators an einem Motorelement, insbesondere ein Gehäuseelement, beispielsweise eines Kettenkastens oder am Motorblock. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotors, insbesondere einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mit einer solchen Nockenwellenverstellvorrichtung sowie ein Montageverfahren für eine Nockenwellenverstellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13. Nockenwellenverstellvorrichtungen für Verbrennungsmotoren sind hinlänglich bekannt und dienen zur Veränderung der relativen Winkellage der Nockenwelle und damit der Nocken gegenüber der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Die Nockenwellenverstellung erfolgt dabei hydraulisch, wobei die Steuerung des Druckfluids über mindestens ein hydraulisches Ventil erfolgt, welches mittels eines einen axial entlang einer Verstellachse verstellbaren Anker umfassenden Aktuators betätigbar ist.
Zur Befestigung des Aktuators der Nockenwellenverstellvorrichtung an einem Motorelement ist es bekannt eine Schraubverbindung einzusetzen, wie dies beispielsweise in der DE 102 11 467 A1 , der DE 10 2007 019 923 A1 und DE 10 2006 031 517 A1 offenbart ist. Diese Montage ist relativ aufwendig und daher vergleichsweise teuer.
Daher wurden beispielsweise von der Anmelderin einfacher montierbare Nockenwellenverstellvorrichtungen entwickelt, wie diese beispielsweise in der DE 20 2010 007 406 U1 beschrieben sind. Bei der dort dargestellten Nockenwellenverstellvorrichtung umfassen die Befestigungsmittel mehrere über den Umfang verteilt angeordnete federnde Elemente zur Ausbildung eines Steck-Dreh-Verschlusses, um somit den Aktuator vereinfacht an einem Motorelement durch eine Verdrehbewegung montieren zu können.
Aus der DE 10 2012 003 648 B3 ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung bekannt, bei welcher der Aktuator ebenfalls in einer Steck-Dreh-Bewegung an einem Motorelement festgelegt wird. Nachteilig bei der bekannten Lösung ist jedoch, dass für die Realisierung der Verdrehbewegung zum Überführen des Aktuators in seine Montageposition ausreichend Raum in Umfangsrichtung freigehalten werden muss, der nicht zur Anordnung weiterer Funktionsteile benutzt werden kann. Weiterhin ist nachteilig, dass der Aktuator der bekannten Nockenwellenverstellvorrichtung noch unbeabsichtigt durch Aufbringen einer ausreichend großen Demontagekraft in Umfangsrichtung aus seiner Montageposition heraus verstellt werden kann.
Aus der DE 20 2011 050 746 U1 ist eine Statorbaueinheit für eine elektromagnetische Nockenwellenverstellvorrichtung bekannt, bei welcher der elektromagnetische Aktuator in einer kombinierten Steck-Drehbewegung montierbar und demontierbar ist. In einer Montageposition ist ein Verdrehen des elektromagnetischen Aktuators möglich.
Aus der DE 10 2010 012 917 A1 ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung bekannt, die lediglich in einer kombinierten Steckdrehbewegung montierbar und demontierbar ist, wobei in einer Montageposition ein Verdrehen des Aktuators möglich ist. In einer Ausführungsform erfolgt eine Sicherung des Aktuators mittels eines Federbügels.
Problematisch bei sämtlichen Nockenwellenverstellvorrichtungen, bei denen der Aktuator mittels einer Steck-Dreh-Bewegung an dem Motorelement festgelegt wird ist, dass eine zur Anwendung kommende, in der Regel in radialer Richtung dichtende Ringdichtung bei der Montage axial (Steckbewegung) sowie in Umfangsrichtung (Drehbewegung) kraftbeaufschlagt wird, wodurch die Ringdichtung extremen Kräften ausgesetzt wird, was zu einer Vorschädigung der Ringdichtung führen kann. Darüber hinaus ist die Handmontage aufgrund der hohen, notwendigen Kräfte unkomfortabel.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich bekannte Dreh-SteckVerbindungen aufgrund der notwendigen Beaufschlagung der Ringdichtung in axialer Richtung (Überdrücken) und in Umfangsrichtung (Drehbewegung) erschwert ist, wodurch als Ringdichtungen keine herkömmlichen O-Ringe sondern Spezialdichtungen eingesetzt werden, mit denen versucht wird, vorstehende Problematik zu entschärfen.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem mit einer einfachen, vorzugsweise wenig kraftintensiven, Montagebewegung montierbaren Aktuator anzugeben, der besser gegen eine unbeabsichtigte Demontage gesichert ist. Ferner besteht die Aufgabe darin, einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Nockenwellenverstellvorrichtung sowie ein vereinfachtes Montageverfahren für eine Nockenwellenverstellvorrichtung anzugeben, das eine optimale Sicherung des Aktuators am Motorelement garantiert.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Nockenwellenverstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und hinsichtlich des Montageverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanken zugrunde die Befestigungsmittel der Nockenwellenverstellvorrichtung so auszubilden, dass der Aktuator in einer reinen translatorischen Bewegung, insbesondere einer reinen Steckbewegung, bevorzugt entlang der Längserstreckung der Verstellachse des axial verstellbaren Ankers des Aktuators, in seine Montageposition am Motorelement überführbar ist, in welcher der Aktuator gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung relativ zum Motorelement gesichert ist, wobei im Umkehrschluss die Demontagebewegung ebenfalls rein translatorisch in eine der Montagerichtung entgegengesetzte Richtung ausführbar ist. Auf diese Weise kann in Umfangsrichtung Bauraum eingespart werden, da kein Raum zur Realisierung einer Verdrehbewegung des Aktuators, insbesondere aufgrund einer ggf. vorgesehenen radial überstehenden Kontaktbuchse (Anschlussbuchse) des Aktuators, am Motorelement freigehalten werden muss. Als weitere erfinderische Maßnahme ist vorgesehen, dass die Federmittel, mit denen der Aktuator gegen das Motorelement verspannbar ist, in einer Sicherungsposition, in der sie vorgenannte Verspannwirkung entfalten, den dem Montageweg um 180° entgegengesetzten Demontageweg, bevorzugt entlang der Verstellachse des Ankers, d.h. entlang der Längserstreckung der Verstellachse des Ankers versperren, beispielsweise indem sie in den Aktuator eingreifen, diesen übergreifen oder durchsetzen. Dabei beaufschlagen die Federmittel den Aktuator im Gegensatz zu Ausführungsformen aus dem Stand der Technik in der (translatorischen) Montagerichtung mit einer Federkraft. Den Federmitteln kommt somit in ihrer Sicherungsposition eine Doppelfunktion zu - sie bringen eine Federkraft in der Montagerichtung auf den Aktuator in Richtung Motorelement auf und verriegeln darüber hinaus einen translatorischen Demontageweg, wobei gleichzeitig ein Verdrehen des Aktuators in seiner Montageposition in Umfangsrichtung durch die Formschlussmittel, in welche der Aktuator ausschließlich translatorisch einführbar ist sicher verhindert wird.
Das erfindungsgemäße Montageverfahren greift vorstehende konstruktive Auslegung auf, indem der Aktuator in einer reinen translatorischen Montagebewegung (Steckbewegung), bevorzugt in Richtung der Verstellachse des Ankers, besonders bevorzugt in Richtung der Längserstreckung (Verstellrichtung) eines mittels des Ankers betätigbaren Ventilstößels des Ventils der Nockenwellenverstellung, in seine Montageposition am Motorelement überführt wird, in welcher der Aktuator gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung mittels der Formschlussmittel gesichert ist, wobei die Federmittel nach dem Überführen des Aktuators in seine Montageposition in eine Sicherungsposition überführt werden, insbesondere durch Verstellen der Federmittel in einer sich senkrecht zur Montagerichtung erstreckenden Ebene, wobei die Federmittel in dieser Sicherungsposition zum einen eine axiale Spannkraft auf den Aktuator in Richtung Motorelement aufbringen und darüber hinaus einen der Montagebewegung entgegengesetzte Demontagebewegung bzw. einen einem translatorischen Montageweg entgegengerichteten Demontageweg versperren bzw. blockieren, insbesondere indem die Federmittel den Aktuator durchsetzen, übergreifen oder zumindest in diesen eingreifen, jedenfalls so mit diesem in Wechselwirkung treten, dass dieser nicht entgegen der translatorischen Montagerichtung translatorisch demontiert werden kann. Bevorzugt sind die Federmittel die einzigen Mittel, die die translatorische, insbesondere zerstörungsfreie, Demontage verhindern, d.h. gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich keine weiteren Elemente im Demontageweg.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nockenwellenverstellvorrichtung und die erfindungsgemäße Realisierung des Montageverfahrens sowie des Demontageverfahrens gewährleisten, dass eine vorzugsweise am Aktuator vorgesehen Ringdichtung, die besonders bevorzugt im montierten Zustand in radialer und/oder axialer Richtung den Aktuator gegenüber dem Motorelement abdichtet bei der Montage mangels Drehbewegung nicht in Umfangsrichtung kraftbeaufschlagt wird, wodurch die Ringdichtung optimal geschont wird. Dies ist auf die erfindungsgemäße Trennung der Montageschritte des axialen Aufsteckens des Aktuators und damit Überdrücken des radial dichtenden O-Rings und der winklig hierzu orientierte Montagekraft für die Federklammern zurückzuführen.
Darüber hinaus wird die Montagekraft sowie die Demontagekraft, insbesondere zur Handmontagezwecken im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert. Auch besteht die Möglichkeit, als Ringdichtung, herkömmliche O-Ring-Dichtungen einzusetzen - auf Spezialgeometrien zur Anpresskraftminimierung kann verzichtet werden. Besonders bevorzugt wird die O-Ring-Dichtung bei der Montage axial entlang einer Einführschräge bewegt, die dafür Sorge trägt, dass die vorzugsweise als O-RingDichtung ausgeführte Ringdichtung aufgrund der Axialbewegung mit einer Radialkraftkomponente beaufschlagt und die Ringdichtung damit in radialer Richtung komprimiert wird. Im Ergebnis wird die O-Ring-Dichtung beim Entlangbewegen entlang der Einführschräge ausschließlich in axialer Richtung sowie in radialer Richtung kraftbeaufschlagt, nicht jedoch in Umfangsrichtung.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Aktuator, insbesondere mittels der Formschlussmittel, bei seiner translatorischen Montagebewegung, insbesondere während eines Endabschnitts dieser Montagebewegung axial geführt ist, d.h. gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung gesichert ist. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die Formschlussmittel von Aktuator und Motorelement bereits vor Erreichen der Montageposition des Aktuators am Motorelement axial ineinandergreifen.
Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der Formschlussmittel gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Wesentlich ist, dass diese durch ein axiales Ineinandergreifen, insbesondere entlang der Ankerverstellachse, eine, bevorzugt jegliche, Verdrehbewegung des Aktuators in seiner Montageposition verhindern. Dabei ist es beispielsweise möglich mindestens ein sich parallel zur Verstellachse erstreckendes Formschlusselement am Aktuator vorzusehen, welches in der Montageposition (und vorzugsweise bereits ein Stück davor) jeweils zwischen zwei in einer Umfangsrichtung um die Verstellachse des Ankers beabstandeten und sich parallel zur Verstellachse erstreckende Gegenelemente aufgenommen ist. Anstelle von in Umfangsrichtung beanstandeten Gegenelementen können auch zwei in Umfangsrichtung beabstandete Gegenelementabschnitte, beispielsweise zwei Innenumfangsabschnitte einer Aufnahmeöffnung im Motorelement vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann vorstehende Anordnung auch umgekehrt realisiert werden, nämlich in dem mindestens ein am Motorelement vorgesehenes und sich parallel zur Verstellachse des Ankers in Richtung Aktuator erstreckendes Formschlusselement in der Montageposition (und vorzugsweise bereits ein Stück zuvor) jeweils zwischen zwei in einer Umfangsrichtung um die Verstellachse beabstandete und sich parallel zur Verstellachse erstreckenden Gegenelementen oder Gegenelementabschnitten, beispielsweise Innenumfangsabschnitten einer Öffnung im Aktuator aufgenommen ist. Unabhängig davon, ob die Gegenelemente oder Gegenelementabschnitte am Aktuator oder am Motorelement vorgesehen sind, begrenzen sie eine translatorisch zugängliche Montageöffnung, in die das gegenüberliegende Formschlusselement durch eine translatorische Stellbewegung des Aktuators auf das Motorelement zu einführbar und dadurch in die Montageposition überführbar ist.
Bevorzugt erstreckt/erstrecken sich das Formschlusselement und/oder die Gegenelemente des Aktuators in radialer Richtung nach außen.
Zum Versperren eines dem translatorischen Montageweg entgegengesetzten translatorischen Demontagewegs ist es bevorzugt, wenn die Federmittel in deren Sicherungsposition die Formschlussmittel, insbesondere das Formschlusselement und/oder die Gegenelemente oder Gegenelementabschnitte durchsetzen oder zumindest in eine Aufnahmeöffnung des Formschlusselementes oder mindestens eines Gegenelementes oder Gegenelementabschnittes eingreifen. Gleichzeitig kann hierdurch das Formschlusselement in seiner Sicherungsposition fixiert werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn das Federelement zwischen zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Gegenelementen des Motorelementes aufgenommen ist und dabei das Formschlusselement des Aktuators übergreift oder dieses durchsetzt.
Auch ist es möglich, dass das Formschlusselement von den Federmitteln, insbesondere winklig zu einer Demontagerichtung durchsetzt wird und sich axial an den Gegenelementen abstützt.
Zweckmäßig ist es, wenn die Federmittel in einer translatorischen oder rotatorischen Fixierbewegung in die Sicherungsposition überführbar sind, in welcher sie den Demontageweg versperren und den Aktuator federkraft belasten, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn die translatorische oder rotatorische Fixierbewegung in einer sich winklig, ganz besonders bevorzugt senkrecht zur Verstellachse des Ankers und damit winklig oder senkrecht zur Montage- bzw. Demontagerichtung erstreckenden Fixierebene ausführbar ist. Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der Federmittel gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Federmittel einen, insbesondere metallischen Federstreifen umfassen, der senkrecht zu seiner Längs- oder Umfangserstreckung um die Verstellachse des Aktuators federnd ausgebildet ist, insbesondere durch das Vorsehen mindestens einer elastisch verformbaren Biegung bzw. Krümmung, die sich senkrecht zur Längserstreckung des Federstreifens erstreckt. Alternativ zu einem Federstreifen kann auch beispielsweise eine Federklammer eingesetzt werden, die zwei, insbesondere streifenförmige Abschnitte aufweist, wobei bevorzugt einer der Abschnitte eben ausgebildet ist und der andere eine Wölbung aufweist. Eine klammerartige Ausführung erleichtert die Vormontage der Federmittel in einer Vormontageposition am Aktuator. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Federmittel, beispielsweise als mindestens ein Federstreifen oder mindestens eine Federklammer, ist es bevorzugt mehrere Federelemente, insbesondere Federstreifen oder Federklammern, vorzugsweise zwei Federelemente, insbesondere Federstreifen oder Federklammern, vorzusehen und diese über einen Verbindungsabschnitt miteinander zu verbinden, insbesondere einteilig auszubilden, um somit beide Federelemente an in Umfangsrichtung um die Verstellachse des Ankers beabstandeten Positionen gleichzeitig, d.h. durch eine gemeinsame Fixierbewegung in die Sicherungsposition bewegen zu können, in der sie in bevorzugt jeweils den Aktuator in Richtung Motorelement federkraftbeaufschlagen und gleichzeitig den translatorischen Demontageweg versperren bzw. verriegeln.
Wie bereits angedeutet ist es für eine erleichterte Montage besonders zweckmäßig, wenn die Federmittel, insbesondere in eine Ausnehmung, des Aktuators vormontierbar sind und in der Montageposition des Aktuators aus einer Vormontageposition am Aktuator in die Sicherungsposition überführbar sind. Bevorzugt sind die Federmittel in der Vormontageposition am Aktuator federnd, insbesondere durch Verrasten oder ausschließlich Klemmung gehalten.
Im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der, bevorzugt als Stanz-Biege-Teil oder -Teile ausgebildeten, Federmittel zur Realisierung einer Vormontierbarkeit gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht in der vorerwähnten Ausgestaltung der Federmittel als Federklammer. Jedoch ist auch bei einer anderen, beispielsweise bei einer streifenförmigen, Ausgestaltung der Federmittel eine Vormontierbarkeit möglich, insbesondere dann, wenn die Federmittel - unabhängig von der Realisierung einer Streifenform, zwei, beispielsweise parallele Federabschnitte umfassen, nämlich einen Hauptfederabschnitt, der für das Verspannen des Aktuator gegen das Motorelement in der Sicherungsposition verantwortlich ist und einen Nebenfederabschnitt zum, beispielsweise klemmenden und/oder federnden, Halten der Federmittel in einer Vormontageposition am Aktuator, wobei bevorzugt der Nebenfederabschnitt so ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass dieser in der Sicherungsposition der Federmittel den Aktuator nicht oder mit einer geringeren Federkraft gegen das Motorelement verspannt als der Hauptfederabschnitt, so dass vermieden wird, dass das Überführen der Federmittel in die Sicherungsposition durch eine ansonsten vorgesehene Addition der Federkräfte der Federabschnitte erschwert würde.
Damit der Nebenfederabschnitt in der Sicherungsposition weniger stark oder nicht federnd auf den Aktuator wirkt ist es bevorzugt, die Federbiegungen von Hauptfederabschnitt und Nebenfederabschnitt in Richtung der Längserstreckung von Hauptfederabschnitt und Nebenfederabschnitt zu versetzen und/oder den Nebenfederabschnitt schmaler und/oder aus einem dünneren Material auszubilden als den Hauptfederabschnitt.
Um eine exakte Lage der Federmittel in der Sicherungsposition zu gewährleisten bzw. die Sicherungsposition genau zu definieren ist es bevorzugt, die Federmittel mit einem Anschlag zu versehen, der so ausgebildet ist, dass er die Fixierbewegung in die Sicherungsposition begrenzt. Der Anschlag kann beispielsweise als abgewinkeltes Ende eines federstreifenförmigen Federmittels realisiert werden. Auch ist es möglich, die Federmittel mit einem, vorzugsweise winklig zur Längsersteckung der Federmittel, insbesondere eines Federstreifens angeordneten Griffabschnitt zu versehen, um die Federmittel erleichtert greifen und damit vereinfacht montieren und demontieren zu können. Es ist auch denkbar, dass vorgenannter Griffabschnitt gleichzeitig als Anschlag dient. Zusätzlich oder alternativ zur Realisierung eines Anschlages an den Federmitteln ist es möglich, einen die Montagebewegung, d.h. Fixierbewegung der Federmittel begrenzenden Anschlag am Motorelement auszubilden, beispielsweise als axiales Ende einer Federmittelführung. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auf einen Anschlag an den Federmitteln verzichtet wird und/oder an den Federmitteln ein Griffabschnitt zum erleichterten Greifen derselben vorgesehen wird.
Um die Federmittel in der Sicherungsposition gegen eine unbeabsichtigte Bewegung entgegen einer Fixierrichtung zu sichern ist es bevorzugt, einen Formschluss zwischen den Federmitteln und dem Aktuator und/oder dem Motorelement zu realisieren, insbesondere indem eine Öffnung oder Vertiefung in den Federmitteln vorgesehen ist, die formschlüssig mit einer Erhebung des Aktuators oder des Motorelementes zusammenwirkt. Vorstehender erläuterter Formschluss kann auch realisiert werden, um die Federmittel in der Vormontageposition am Aktuator formschlüssig zu sichern.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung des Montageverfahrens ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine am Aktuator vorgesehene, vorzugsweise als O-Ring-Dichtung ausgebildete, Ringdichtung bei der Montage ausschließlich in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung, jedoch nicht in Umfangsrichtung kraftbelastet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:

Fg. 1 bis 2:: ausschnittsweise ein erstes Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung in unterschiedlichen Montage- bzw. Fixierstadien, wobei die Federmittel in deren Sicherungsposition Gegenelemente des Motorelementes durchsetzen und in gegenüberliegende Gegenelemente eingreifen,
Fig. 3 und 4:: ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung, wobei die Federmittel in die Sicherungsposition Formschlusselemente des Aktuators durchsetzen,
Fig. 5 und 6:: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung in unterschiedlichen Montagezuständen,
Fig.7:: ein Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit rotatorisch festlegbaren Federmitteln,
Fig. 8:: ein Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit zwei einteilig über ein Verbindungsstück ausgebildeten Federstreifen, wobei die Verbindung bogenförmig ausgestaltet ist,
Fig. 9:: ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit geradlinig verbundenen Federstreifen,
Fig. 10:: ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit einteilig ausgebildeten, rotatorisch in eine Sicherungsposition überführbaren Federstreifen,
Fig. 11 bis 13:: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit vormontierbaren Federmitteln in unterschiedlichen Montagepositionen, wobei die Federmittel jeweils einen Haupt- und einen Nebenfederabschnitt aufweisen,
Fig. 14 bis 16:: ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung mit klammerartigen Federmitteln,
Fig. 17:: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung, bei der die Federmittel in einer Vormontageposition am Aktuator verrastbar sind, und
Fig. 18:: eine schematische Darstellung einer Einbausituation eines Aktuators einer Nockenwellenverstellvorrichtung, wobei sich der Aktuator in radialer Richtung über eine als herkömmliche O-Ring-Dichtung ausgebildete Ringdichtung am Motorelement, konkret am Innenumfang einer Aufnahmeöffnung (Ausnehmung) für den Aktuator im Motorelement abstützt.

In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Nockenwellenverstellvorrichtung 1 in einer ausschnittsweisen Darstellung gezeigt. Zu erkennen ist ein Motorelement 2, beispielsweise ein Gehäuse eines Motoranbauteils oder unmittelbar ein Motorgehäuse sowie ein Aktuator 3, der in seinem Inneren in an sich bekannter Weise eine bestrombare Wicklung aufweist, die über eine Anschlussbuchse 4 bestrombar ist. Durch Bestromen der Wicklung ist ein innerhalb des Aktuators 3 vorgesehener Anker (nicht gezeigt) entlang einer Verstellachse 5 axial verstellbar.
Die Verstellachse 5 erstreckt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Flächenerstreckung einer Oberseite 6 des Aktuators 3, sowie senkrecht zu einer Längserstreckung der Anschlussbuchse 5.
Im Hinblick auf eine mögliche Ausgestaltung des inneren Aufbaus des Aktuators wird auf die DE 20 2010 007 406 U1 verwiesen. Bevorzugt ist dem Anker stirnseitig eine Kugel zugeordnet, mit welcher sich der Anker auf dem rotierenden Hydraulikventil abstützen kann.
Wie sich aus einer Zusammenschau der Fig. 1 und 2 ergibt, kann der Aktuator 3 in einer reinen translatorischen Steckbewegung entlang der Verstellachse 5 des Aktuators 3 aus der in der Fig. 1 gezeigten Position in die in Fig. 2 gezeigte Montageposition 7 überführt werden, in welcher der Aktuator 3 gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung am Motorelement 2 mit Hilfe von Formschlussmitteln 8 gesichert ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die Formschlussmittel zwei gegenüberliegende Paare von in Umfangsrichtung um die Verstellachse 5 beabstandeten Gegenelementen 9, 10 am Motorelement sowie zwei diametral gegenüberliegende Formschlusselemente 11, wobei jedes Formschlusselement 11 in der in Fig. 2 gezeigten Montageposition zwischen zwei Gegenelementen 9, 10 des Motorelementes 2 aufgenommen und somit gegen ein Verdrehen gesichert ist. Bei der Montagebewegung handelt es sich nicht um eine Steck-Dreh-Bewegung, sondern um eine reine Steckbewegung entlang der Verstellachse 5 des Aktuators 3, betrachtet in der Montageposition 7.
In der Montageposition wird der Aktuator 3 mit Hilfe von hier beispielhaft als Federstreifen ausgebildeten Federmitteln 12 axial in der Montagerichtung verspannt gegen das Motorelement 2. Gleichzeitig wird der Aktuator 3 verriegelt, indem ein Demontageweg, der dem translatorischen Montageweg entgegengerichtet wird, von den Federmitteln versperrt wird, wenn diese sich, wie in Fig. 2 anhand der in der Zeichnungsebene rechten Federmittel 12 gezeigt in einer Sicherungsposition 13 befinden. In diese Sicherungsposition können die Federmittel, wie in der Zeichnungsebene gemäß Fig. 2 links angedeutet hineinverschoben werden. Dabei durchsetzen die Federmittel 12 die Gegenelemente 9 und ragen in die Gegenelemente 10 hinein und übergreifen dabei (alternativ beispielsweise durchsetzen) die Formschlusselemente 11. An diesen stützen sich die Federmittel 12 in der Sicherungsposition in axialer Richtung ab.
Die streifenförmigen Federmittel 12 umfassen jeweils einen Anschlag 14 zur Begrenzung der Fixierbewegung der Federmittel 12. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird vorgenannte Fixierbewegung in einer sich senkrecht zur Verstellachse 5 des Ankers erstreckenden Ebene realisiert, in dem konkreten Ausführungsbeispiel im Rahmen einer translatorischen Steckbewegung.
Der mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnete Abschnitt der Federmittel 12, welcher winklig zur Längserstreckung des Streifens angeordnet ist kann zusätzlich oder alternativ zur Anschlagsfunktion eine Grifffunktion haben, also als Grifffläche bzw. Griffabschnitt zur erleichterten Montage und Demontage dienen. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn der Anschlag am Motorelement ausgebildet ist, um die Montagebewegung definiert zu begrenzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 ist der Aktuator 3 ebenfalls in einer reinen Steckbewegung montierbar, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 Formschlusselemente 11 am Motorelement 2 vorgesehen sind und in der Montageposition umgriffen werden von Gegenelementabschnitten 15, 16 des Aktuators 3, um somit in der Montageposition eine Rotation des Aktuators 3 um die Verstellachse 5 des Ankers relativ zum Motorelement 2 sicher zu verhindern.
In der Montageposition können die ebenfalls hier beispielhaft streifenförmigen Federmittel 12 in eine in Fig. 4 der Zeichnungsebene links dargestellte Sicherungsposition überführt werden durch eine rein translatorische Bewegung in einer sich senkrecht zur Verstellachse 5 erstreckenden Ebene, wobei die Federmittel 12 die Formschlusselemente 11 des Aktuators 3 durchsetzen und sich axial an den Gegenelementen 15, 16 abstützen.
Zu erkennen ist, dass die Federmittel 12 bei ihrer translatorischen Verstellbewegung in die Sicherungsposition geführt sind, durch eine entsprechende Ausgestaltung der Gegenelemente 15, 16. Gleichzeitig wird auch der Aktuator 3 bei in seiner translatorischen Montagebewegung entlang der Verstellachse 5 axial geführt, sobald die Formschlussmittel bereits vor Erreichen der Montageposition gemäß Fig. 4 zusammenwirken.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Schnittansicht einer Montagesituation gezeigt. Zu erkennen ist der Aktuator 3 sowie das Motorelement 2. Vom Motorelement 2 ragt ein Formschlusselement 11 parallel zur Verstellachse 5 in Richtung Aktuator 3 und ist umgeben von Gegenelementabschnitten 15, 16 des Aktuators 3. Das Formschlusselement 11 weist einen sich senkrecht zur Längserstreckung der Verstellachse 5 erstreckenden Durchbruch 17 auf, der in der in Fig. 6 gezeigten Sicherungsposition der Federmittel 12 von diesen durchgriffen wird. Zu erkennen ist dass die Federmittel 12 in der Montageposition den Aktuator 3 axial bezogen auf die Verstellachse 5 auf das Motorelement 2 federkraft beaufschlagen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind die Federmittel 12 ebenfalls streifenförmig ausgestaltet, jedoch werden diese in eine Rotationsbewegung gezwungen, wenn diese in die Sicherungsposition, wie diese in der Zeichnungsebene rechts dargestellt ist überführt werden. In der Sicherungsposition durchgreifen die Federmittel 12 hier beispielhaft jeweils ein Formschlusselement 11 des Motorelements 2.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 umfassen die Federmittel 12 zwei streifenförmige Federabschnitte, die über einen Verbindungsabschnitt 18 miteinander verbunden sind, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gebogen ausgebildet ist, um somit den Aktuator 3 zu umrunden.
In dem konkreten Ausführungsbeispiel ist der Verbindungsabschnitt 13 einteilig mit den Federabschnitten ausgebildet, wobei es sich bevorzugt bei den Federmitteln 12 um ein Stanzbiegeteil handelt. Durch die einteilige Ausgestaltung bzw. durch das miteinander Verbinden von zwei Federstreifen bzw. Federabschnitten können die gesamten Federmittel 12 in einer gemeinsamen Fixierbewegung in die in Fig. 8 gezeigte Sicherungsposition überführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 sind ebenfalls wieder zwei einteilig ausgebildete bzw. miteinander verbundene Federabschnitte vorgesehen, wobei hier jedoch der Verbindungsabschnitt 18 gerade in der Art eines abgewinkelten Griffes ausgestaltet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 umfassen die Federmittel 12 zwei rotatorisch verstellbare Federabschnitte, die über einen gebogenen Verbindungsabschnitt 18 miteinander verbunden sind, um somit die Rotations-Fixierbewegung beider Federabschnitte in einer gemeinsamen Bewegung realisieren zu können.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 bis 13 umfassen die Federmittel 12 einen Hauptfederabschnitt 19 sowie einen beispielhaft parallel dazu verlaufenden Nebenfederabschnitt 20. Der Hauptfederabschnitt 19 hat, wie sich aus Fig. 13 ergibt, die Aufgabe in der gezeigten Sicherungsposition den Aktuator 3 gegen das Motorelement 2 zu verspannen, während der Nebenfederabschnitt 20, wie sich aus Fig. 12 ergibt, die Federmittel 12 in einer Vormontageposition am Aktuator 3 verspannend sichert. Hierzu greift der Nebenfederabschnitt 20 in eine entsprechende Durchgangsöffnung des Aktuators 3 ein.
In der Fig. 13 gezeigten Montagesicherungsposition ist ein Federbügel 21 bzw. eine Federerhebung 21 des Nebenfederabschnitts 20 vollständig durch vorgenannte Ausnehmung hindurchgeschoben und hat somit keine oder kaum noch Federwirkung, während der Hauptfederabschnitt 19 mit seiner Federwirkung den Aktuator 3 vollfederkraftbeaufschlagt und gleichzeitig den Aktuator 3 gegen ein translatorisches Entnehmen entgegen der translatorischen Montagerichtung am Motorelement 2 sichert.
Aus den Fig. 11 bis 13 ist zudem zu erkennen, dass der Nebenfederabschnitt 20 wesentlich filigraner, im konkreten Ausführungsbeispiel schmaler ausgestaltet ist, als der Hauptfederabschnitt 19. Darüber hinaus sind die Federerhebungen 21 in Richtung der Längserstreckung der Federmittel 12 versetzt angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 14 bis 16 sind die Federmittel 12 als Federklammern mit zwei zumindest näherungsweise parallelen Längsabschnitten ausgebildet. Die Federmittel 12 können durch Verklemmen am Aktuator 3 in einer Vormontageposition gehalten werden, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Hierzu greifen die Federmittel in eine Öffnung 22 im Aktuator 3 ein. Nach dem Überführen des Aktuator 3 in die Montageposition können die Federmittel 12 in die in Fig. 16 gezeigte Sicherungsposition überführt werden, wobei sie hier beispielhaft in dieser Sicherungsposition Formschlusselemente 11 des Motorelementes 2 in Richtung ihrer Längserstreckung durchsetzen und somit den Aktuator 3 gegen eine translatorische Entnahme verriegeln. In Fig. 14 ist zu erkennen, dass an die Formschlusselemente 11 Führungsabschnitte angeformt sind, um die klammerförmigen Federmittel 12 bei ihrer translatorischen Fixierbewegung zu führen.
In Fig. 17 ist eine Ausführungsform einer Nockenwellenverstellvorrichtung 1 bzw. eines Aktuators 3 derselben gezeigt, bei welchem die hier beispielhaft streifenförmigen Federmittel 12, wie sich in der Zeichnungsebene unten ergibt, in einer Vormontageposition formschlüssig am Aktuator 3 gesichert sind, und zwar indem eine Erhebung 23 des Aktuators 3, die sich auf einer Führungs- bzw. Abstützfläche für die Federmittel 12 befindet in eine Öffnung 24 in den Federmitteln 12 eingreift.
In Fig. 18 ist eine generische Einbausituation eines Aktuators einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung exemplarisch gezeigt, wie sie bei sämtlichen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen realisierbar, jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen dort im Detail nicht gezeigt ist. Zu erkennen ist, dass umfangsseitig am Aktuator 3 in einer seitlichen Umfangsnut 25 eine als herkömmliche O-Ring-Dichtung ausgebildete Ringdichtung 26 aufgenommen ist, die in der Einbausituation in radialer Richtung kraftbeaufschlagt ist und sich dabei radial innen am Nutgrund der Umfangsnut sowie am Innenumfang 27 einer Aufnahmeöffnung im Motorelement 2 für den Aktuator 3 abstützt. Da die Montage des Aktuators 3 in einer reinen Steckbewegung erfolgt, wird die Ringdichtung 26 weder bei der Montage noch bei der Demontage in Umfangsrichtung um die Verstellachse 5 des Aktuator-Ankers herum kraftbeaufschlagt. Bei der Montage wird die Ringdichtung 26 entlang einer Fase bzw. Einführschräge 28 der Aufnahmeöffnung am Motorelement 2 bewegt, wodurch eine Radialkraftkomponente auf die Ringdichtung 26 erzeugt wird.

Bezugszeichen

1: Nockenwellenverstellvorrichtung
2: Motorelement
3: Aktuator
4: Anschlussbuchse
5: Verstellachse des Aktuator-Ankers
6: Oberseite des Aktuators
7: Montageposition
8: Formschlussmittel
9, 10: Gegenelemente
11: Formschlusselement
12: Federmittel
13: Sicherungsposition
14: Anschlag
15, 16: Gegenelemente
17: Durchbruch
18: Verbindungsabschnitt
19: Hauptfederabschnitt
20: Nebenfederabschnitt
21: Federbügel
22: Öffnung
23: Erhebung
24: Öffnung
25: Umfangsnut
26: Ringdichtung
27: Innenumfang
28: Einführschräge

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung umfassend einen elektromagnetischen Aktuator (3) mit einem entlang einer Verstellachse (5) axial verstellbaren Anker zur Betätigung eines hydraulischen Ventils zur Nockenverstellung, sowie Befestigungsmittel zum Festlegen des Aktuators (3) an einem Motorelement (3), wobei die Befestigungsmittel Federmittel (12) umfassen, die in einer Sicherungsposition (13) den Aktuator (3) gegen das Motorelement (2) verspannen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Befestigungsmittel Formschlussmittel (8) als Verdrehsicherung zum Verhindern einer Verdrehbewegung des Aktuators (3) in einer Montageposition (7) relativ zu dem Motorelement (2) aufweisen, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass der Aktuator (3) durch eine reine translatorische Montagebewegung auf das Motorelement (2) zu, insbesondere entlang der Verstellachse (5) des Ankers in die Montageposition (7) verstellbar ist, und dass die Federmittel (12) in der Sicherungsposition (13) einen Demontageweg für eine der Montagebewegung entgegengesetzte, rein translatorische Demontagebewegung des Aktuators (3) derart versperren, dass dieser nicht entgegen der rein translatorischen Montagerichtung demontierbar ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Aktuator (3), insbesondere mittels der Formschlussmittel (8), bei seiner translatorischen Montagebewegung axial geführt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formschlussmittel (8) mindestens ein sich parallel zur Verstellachse (5) erstreckendes Formschlusselement (11) am Aktuator (3) aufweisen, dass in der Montageposition (7) jeweils von zwei in einer Umfangsrichtung um die Verstellachse (5) beabstandeten und sich parallel zur Verstellachse (5) erstreckenden Gegenelementen (15, 16) oder Gegenelementabschnitten des Motorelementes (2) aufgenommen ist, die eine sich parallel zur Verstellachse (5) erstreckende Montageöffnung begrenzen und/oder dass die Formschlussmittel (8) mindestens ein sich parallel zur Verstellachse (5) erstreckendes Formschlusselement (11) am Motorelement aufweisen, dass in der Montageposition (7) jeweils von zwei in einer Umfangsrichtung um die Verstellachse (5) beabstandeten und sich parallel zur Verstellachse (5) erstreckenden Gegenelementen (15, 16) oder Gegenelementabschnitten des Aktuators (3) aufgenommen ist, die eine sich parallel zur Verstellachse (5) erstreckende Montageöffnung begrenzen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel (12) in der Sicherungsposition (13) die Formschlussmittel (8), insbesondere das Formschlusselement (11) und/oder die Gegenelemente (15, 16) oder Gegenelementabschnitte durchsetzen oder zumindest in eine Aufnahmeöffnung des Formschlusselementes (11) oder mindestens eines Gegenelementes (15, 16) oder mindestens eines Gegenelementabschnittes eingreifen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die, bevorzugt als Stanz-Biegeteil ausgebildeten Federmittel, (12) in einer translatorischen oder rotatorischen Fixierbewegung in die Sicherungsposition (13) überführbar sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die translatorische oder rotatorische Fixierbewegung in einer sich winklig, insbesondere senkrecht, zur Verstellachse (5) und damit zur Montage- und Demontagerichtung erstreckenden Fixierebene ausführbar ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel (12) einen, insbesondere metallischen, Federstreifen oder eine Federklammer umfassen, der bzw. die senkrecht zu seiner bzw. ihrer Längs- oder Umfangserstreckung, insbesondere durch das Vorsehen einer Biegung, federnd ausgebildet ist und/oder dass zwei, insbesondere metallische, Federstreifen oder Federklammern der Federmittel (12), insbesondere einteilig, über einen Verbindungsabschnitt (12) verbunden sind, um die Federstreifen bzw. Federklammern in einer gemeinsamen Fixierbewegung in die Sicherungsposition (13) überführen zu können.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel (12), insbesondere in einer Ausnehmung, des Aktuators (3) vormontierbar und in der Montageposition (7) des Aktuators (3) aus einer Vormontageposition in die Sicherungsposition (13) überführbar sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel (12) einen Hauptfederabschnitt (19) zum Verspannen des Aktuators (3) gegen das Motorelement (2) und einen Nebenfederabschnitt (20) zum Halten der Federmittel (12) in einer Vormontageposition am Aktuator (3) aufweisen, und dass bevorzugt der Nebenfederabschnitt (20) so ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass dieser in der Sicherungsposition (13) der Federmittel (12) den Aktuator (3) nicht oder mit einer geringeren Federkraft gegen das Motorelement verspannt als der Hauptfederabschnitt (19).
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel (12) einen Anschlag (14), insbesondere in Form eines abgewinkelten Endabschnittes, zur Begrenzung von deren Fixierbewegung und/oder eine, insbesondere abgewinkelte, Grifffläche zur erleichterten Montage und Demontage aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Federmittel (12) eine Öffnung oder Vertiefung zum verrastenden Zusammenwirken mit einer Erhebung 23 des Aktuators (3) oder des Motorelementes (2) aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Akuator (3), insbesondere in einer umfangsseitigen und nach radial außen offenen Nut, vorzugsweise Umfangsnut, eine, bevorzugt als O-Ring-Dichtung ausgebildete, Ringdichtung (26) aufgenommen ist, die bei der Montage, der Demontage und im montierten Zustand des Aktuators (3) ausschließlich in axialer und radialer Richtung, vorzugsweise nicht in Umfangsrichtung, kraftbelastet ist.
Verbrennungsmotor mit einer Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Montageverfahren für eine Nockenwellenverstellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aktuator (3) in einer, insbesondere reinen, translatorischen Montagebewegung, vorzugsweise in Richtung der Verstellachse (5) des Ankers, in eine Montageposition (7) am Motorelement überführt wird, in der der Aktuator (3) mittels der Formschlussmittel (8) gegen ein Verdrehen relativ zu dem Motorelement gesichert ist, und dass die Federmittel (12) in eine Sicherungsposition (13) überführt werden, in der diese den Aktuator (3) gegen das Motorelement verspannen und gleichzeitig einen dem translatorischen Montageweg des Aktuators (3) entlang der Verstellachse (5) des Ankers entgegengesetzten Demontageweg versperren und den Aktuator (3) sich gegen eine der translotorischen Montagebewegung des Aktuators (3) entgegengerichtete translatorische Demontagebewegung am Motorelement sichern.
Montageverfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Verspannen und Sichern des Aktuators (3) die Federmittel (12) aus einer Vormontageposition am Aktuator (3) in eine Sicherungsposition (13), insbesondere in einer translatorischen oder rotatorischen Fixierbewegung, überführt werden, insbesondere in einer sich winklig, vorzugsweise rechtwinklig, zur translatorischen Montagerichtung erstreckenden Fixierebene.