WO2017041793A1 - Nockenwellenversteller mit einer feder - Google Patents

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WO2017041793A1
WO2017041793A1 PCT/DE2016/200339 DE2016200339W WO2017041793A1 WO 2017041793 A1 WO2017041793 A1 WO 2017041793A1 DE 2016200339 W DE2016200339 W DE 2016200339W WO 2017041793 A1 WO2017041793 A1 WO 2017041793A1
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camshaft adjuster
contact
drive element
stop
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PCT/DE2016/200339
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Ali Bayrakdar
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F01L2810/00—Arrangements solving specific problems in relation with valve gears
    • F01L2810/04—Reducing noise

Definitions

  • the invention relates to a phaser.
  • Camshaft adjusters are used in internal combustion engines to vary the control times of the combustion chamber valves in order to be able to variably shape the phase relation between a crankshaft and a camshaft in a defined angular range, between a maximum early and a maximum retarded position. Adjusting the timing to the current load and speed reduces fuel consumption and emissions.
  • camshaft adjuster are integrated in a drive train, via which a torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft. This drive train may be formed for example as a belt, chain or gear drive.
  • the output element and the drive element form one or more pairs of mutually acting pressure chambers, which can be acted upon by hydraulic fluid.
  • the drive element and the output element are arranged coaxially. By filling and emptying individual pressure chambers, a relative movement between the drive element and the output element is generated.
  • the rotationally acting on between the drive element and the Abtriebselement spring urges the drive element relative to the driven element in an advantageous direction.
  • This advantage direction can be the same or opposite to the direction of rotation.
  • One type of hydraulic phaser is the vane phaser.
  • the vane cell adjuster comprises a stator, a rotor and a drive wheel with an external toothing.
  • the rotor is designed as a driven element usually rotatably connected to the camshaft.
  • the drive element includes the stator and the drive wheel.
  • the stator and the drive wheel are rotatably connected to each other or alternatively formed integrally with each other.
  • the rotor is coaxial with the stator and located inside the stator.
  • the rotor and the stator are characterized by their, radially extending wings, oppositely acting oil chambers, which are acted upon by oil pressure and allow relative rotation between the stator and the rotor.
  • the vanes are either formed integrally with the rotor or the stator or arranged as "inserted vanes" in grooves of the rotor or the stator provided for this purpose
  • the vane cell adjusters have various sealing lids The stator and the sealing lids are secured together by a plurality of screw connections ,
  • a displacement element is axially displaced via oil pressure, which generates a helical gear teeth relative rotation between a drive element and an output element.
  • camshaft adjuster Another design of a camshaft adjuster is the electromechanical camshaft adjuster having a three-shaft gear (for example, a planetary gear). One of the shafts forms the drive element and a second shaft forms the output element. About the third wave, the system by means of an adjusting device, such as an electric motor or a brake, rotational energy supplied or removed from the system. A spring may additionally be arranged, which supports or returns the relative rotation between the drive element and output element.
  • an adjusting device such as an electric motor or a brake
  • DE 100 62 184 A1 shows a torsion coil spring of a camshaft adjuster. Both ends of the coil spring are bent radially outward. The first the bent end abuts against a fixed pin protruding from the sprocket, and the second bent end abuts against a pin protruding from a swing gate.
  • the coil spring urges the vane rotor such that the vane rotor is advanced relative to the sprocket. That is, the coil spring urges the vane rotor such that a camshaft advances with respect to an engine crankshaft.
  • DE 10 2006 004 760 A1 shows two springs in two pressure chambers of a camshaft adjuster, wherein one spring is present per pressure chamber, which presses on the wing and accordingly effects an adjustment from the direction “early” or "late”.
  • EP 2 302 177 A1 shows a spring which, in the case of a pressure drop in the pressure chambers, can press the rotor relative to the stator into an angular position which can be started for the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to provide a camshaft adjuster, which has a spring which moves the rotor, more generally an output element relative to the stator, more generally a drive element in an arbitrary position, with a particularly reliable and easy positioning both "early” than also from “late” should be made possible.
  • an inventive camshaft adjuster with a drive element and an output element wherein the drive element to the output element within a defined angular range between an early and a late position is rotatable, wherein a spring biases the drive element with the output element, the spring is a single spring of the camshaft adjuster is that can rotate the drive element to the output element in any position within the angular range, wherein the single spring is an angular displacement of both an ner early as well as from a late position in the direction of any position, proposed, wherein the arbitrary position is determined by a stop element, which is in contact with both spring ends of the single spring.
  • the arbitrary position can be an intermediate position between "early” and "late”, in particular this can be the middle position.
  • the output member may in particular be a rotor with vanes for use in a hydraulic vane phaser, with or without an adapter part.
  • the output element is rotatably connected to a camshaft, in particular by a central screw or a central valve connected.
  • the drive element has a toothing for engagement with a traction means of the timing drive.
  • the toothing can be formed directly with the drive element or indirectly, for example, by a cover element, which is non-rotatably connected to the drive element.
  • the drive member may be configured as a stator with vanes for use in a hydraulic vane positioner.
  • the drive element has at least one cover element for sealing the pressure chambers so that the pressurized hydraulic fluid does not escape from the pressure chambers.
  • the drive element and the output element can of course also be the elements of an electromechanical camshaft adjuster.
  • camshaft adjusters also not explicitly mentioned here, in common is the use of a spring to in a controlled or preferably uncontrolled operating condition of the camshaft adjuster and also the
  • Vibrations between the driven element and the drive element in the arbitrary position or around the arbitrary position, for example caused by camshaft alternating torques or transmitted from the timing drive to the camshaft adjuster, which lead to a deflection about this arbitrary position, are characterized by the simultaneous and in particular play-free abutment of two spring ends of the single spring on the stop element directly fought and the output element is in the case of a vibration-induced deflection to the arbitrary position immediately and safely returned to the arbitrary position and calmed down.
  • the simultaneous contact of both spring ends of the single spring with the stop element reduced in the camshaft adjuster the necessary structural measures for reliable installation of the single spring to a minimum.
  • the stop element is formed by the drive element or by the driven element.
  • the stop element can be arranged between the two spring ends of the single spring.
  • the stop element flank the two spring ends, so that the spring ends are surrounded by the stop element or the spring ends are arranged within the stop element.
  • the stop element may be arranged on the same side of the spring ends, the stop element flanking both spring ends on one side.
  • At least one contact element can be present, which can deflect at least one spring end of the single spring from the arbitrary position.
  • the existing stop element may be provided in this case for the deflection of the other spring end, wherein in the rest position (any position) both spring ends come to rest on the stop element.
  • the arbitrary position can also be defined in the region of the "early” or “late” position between the drive element and the output element.
  • a further embodiment of the invention namely that the stop element is at the same time contact element of a spring end, wherein for the other end of the spring additionally a contact element for deflecting the spring end is provided from the rest position. Consequently, the other spring end will find its stop position on the contact element of the one spring end.
  • two abutment elements are additionally provided for the one abutment element, wherein one abutment element is assigned per spring end, which can accomplish the deflection of the respectively associated spring end.
  • the spring ends Upon reaching the rest position (any position), the spring ends can leave their respective abutment elements and at the same time, ideally at the same time, make contact with the abutment element.
  • a spring end changes its contact from the contact element to the stop element.
  • the spring end Upon reaching the rest position (any position), the spring end can leave its respective contact element and find contact with the stop element. In this case, the other end of the spring can already be in contact both on the contact element and on the stop element or rest exclusively on the stop element or on the contact element.
  • the stop element on two contact elements by means of which the single spring is tensioned, whereby a position between the arbitrary position and the position early or late to be achieved.
  • the stop element itself may consist of two contact elements, wherein by means of the contact elements, the spring is tensioned and at the same time a stop element is realized via the contact elements.
  • the number of components can thus be reduced.
  • the first contact element is rotatably connected to the drive element and the second contact element is rotatably connected to the driven selement.
  • the rotationally fixed connection can be formed directly or indirectly, for example by an intermediate cover element.
  • the shape of the contact elements in particular the contact surface provided for the spring end, can be cylindrical, spherical, polygonal, spherical.
  • the abutment elements can be separate components, such as, for example, screws, screw heads, needles, pins, which are joined to the drive element or output element.
  • the abutment elements can also be the drive element or driven element or parts be formed integrally of the drive element or output element.
  • the drive element or output element may be formed at the location of the contact element made of sheet metal, sinter or plastic.
  • the contact elements are formed as pins, wherein the pins are arranged in alignment in the radial direction.
  • the pins may be integrally formed by the respective drive element or output element, wherein it is advantageous to use pins, which are inserted into corresponding receptacles of the drive element or output element. Since the pins have an extremely small diameter tolerance, so a very symmetrical system of spring ends can be formed on the contact elements.
  • the pins can have different or the same diameter.
  • the stop element if formed separately from the contact elements, have a pin-like shape.
  • the two spring ends of the single spring touch the two contact elements in any position.
  • a transfer state of the one spring end is realized via the two contact elements to the other end of the spring without play.
  • at least one of the abutment elements is a stop element.
  • the two spring ends are under a bias to the two contact elements.
  • the spring ends are shaped and applied to the contact elements and stop element that they have a bias regardless of the bias of the spring body.
  • at least one of the abutment elements is a stop element. This bias causes the vibrations occurring around the rest position (any position) can be reduced from this bias. If DC The spring ends may have different bias voltages, which are adapted to the asymmetrical vibrations occurring around the arbitrary position.
  • the single spring has two mutually different characteristic curves, one characteristic curve being associated with a spring body of the single spring, each spring body being tensioned early or late in each case during a movement from the arbitrary position in the direction of the position becomes.
  • the torque in a first angular position of the one spring body may differ from the torque in a second angular position of the other spring body.
  • the characteristic of one spring body may differ from the characteristic curve of the other spring body in order to counteract, for example, a camshaft friction torque.
  • the curves of the characteristic curves can also be chosen differently. So progressive or degressive courses are conceivable.
  • Progressive curves of the characteristic curves can be advantageous in order to increase the adjustment speed, in particular in the vicinity of the positions "Early” and / or “Late”.
  • Degressive curves of the characteristic curves can be advantageous in order to achieve a damping or a gentle striking in the "early” and / or “late” position.
  • the course of the characteristic is to be understood from the perspective of the arbitrary position in the direction of the position "early” or "late”. If one spring body has a declining-balance and the other a progressive course of its characteristic curve, the behavior in the event of an unplanned loss of energy and operating equipment causing an adjustment can be influenced in a targeted manner.
  • the characteristic curves can be tuned with the operating behavior of the operating means, for example oil of the oil pump, in order to produce a better response of the camshaft adjuster or a quieter operating behavior or an improved locking behavior of the camshaft adjuster.
  • both characteristic curves can be either progressive or degressive or largely linear.
  • the single spring is received on a bearing element, which separates the two spring body of the single spring spatially from each other.
  • the bearing element can form an articulated connection to the spring, wherein the spring can also be held by the stop element and / or the contact elements.
  • the bearing element can take over an axial securing of the spring, so that the spring is held captive in the axial direction and thus preferably no cover element for covering the spring is necessary.
  • a captive holding by the bearing element can also be ensured if the spring wire of the spring wraps around the bearing element.
  • the wrap should preferably be in the range of 180 ° to 360 °, but may also be a multiple of 360 ° (wrapped several times).
  • the wrap may be subject to a bias that causes axial slippage and / or radial slippage of the single spring to be prevented and the single spring to reliably maintain its position.
  • the looping can be expanded during assembly, so that a joining or attaching the single spring with or on the bearing element is possible.
  • the bearing element is rotatably connected to the drive element or the output element.
  • the bearing element may be formed as a pin or pin separately from the drive element or output element and be joined with this in a mounting operation. It is also a one-piece design of the bearing element with the drive element or the output element conceivable. In this case, production methods such as sintering or sheet metal forming offer, in which the bearing element is designed as a sintered console or as a bent tab.
  • FIG. 1 shows a camshaft adjuster according to the invention with a first embodiment of the spring
  • FIG. 2 shows a perspective view of the camshaft adjuster according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows the camshaft adjuster according to FIG. 1 with a spring tensioned by an adjusting process
  • FIG. 4 shows the perspective view of the camshaft adjuster according to FIG. 3
  • FIG. 5 shows a camshaft adjuster according to the invention with a second embodiment of the spring
  • FIG. 6 shows a perspective view of the camshaft adjuster according to FIG. 5
  • FIG. 7 shows a camshaft adjuster according to the invention with a third embodiment of the spring
  • FIG. 8 shows a perspective view of the camshaft adjuster according to FIG. 7
  • FIG. 9 shows a first characteristic curve of a spring of the camshaft adjuster according to the invention
  • FIG. 10 shows a second characteristic curve of a spring of the camshaft adjuster according to the invention.
  • FIG. 1 shows a camshaft adjuster 1 according to the invention with a first embodiment of the spring 4.
  • the camshaft adjuster 1 has a drive element 2 and an output element 3.
  • the drive element 2 has the known from the prior art structure with a toothing and at least one cover element for a hydraulic camshaft adjuster.
  • the output element 3 also has the construction known from the prior art with, for example, mated wings for a hydraulic camshaft adjuster.
  • the camshaft adjuster 1 according to the invention has on one of its end faces a single spring 4, which is mounted on a bearing element 15.
  • the bearing element 15 is designed as a pin rotatably connected to the drive element 2.
  • the single spring 4 has in the region of the bearing element 15 a loop-shaped spring wire run, which wraps around the bearing element 15, so that a fixation of the single spring 4 in the radial direction is ensured.
  • the wrap can be under bias, so that a game between the wrap spring wire and the bearing element 15 is eliminated. Nevertheless, a rotation between the single spring 4 and the bearing element 15 may be given.
  • the two bow-shaped spring bodies 1 1, 12 of the single spring 4 run together in the bearing element 15.
  • a stop element 5 is formed, which is divided into two pin-like contact elements 6 and 7.
  • the stop element 5 has the task of intercepting the spring force of one of the spring bodies 1 1 or 12 such that during a movement from “early” or “late” the drive element 2 is stopped and held relative to the driven element 3 in the arbitrary position 16. Due to the inventive design of the single spring 4, only one stop element is necessary for this, since the spring 4 is tensioned when a change takes place from the arbitrary position. In the embodiments according to FIGS. 1 to 8, however, the stop element 5 is divided between the two contact elements 6 and 7. The spring ends 9, 10 strike with their sides facing each other on the stop element 5. The stop element 5 is thus located between the two spring ends 9, 10th
  • the contact element 6 is rotatably connected to the drive element 2 and the contact element 7 is rotatably connected to the output element 3.
  • One of the abutment elements 6 or 7 is movable within a recess 21 of the drive element 2 or driven element 3.
  • the contact element 7 is movable in a recess 21 of the drive element 2, since the contact element 7 is rotatably connected to the output element 3.
  • the abutment elements 6 and 7 have the function when the drive element 2 moves toward the output element 3 the arbitrary position 16, depending on whether in the direction of "early” or “late” to tension the respective spring body 1 1, 12.
  • the spring 4 then effects an adjustment from “early” or “late” back in the direction of the arbitrary position 16.
  • the abutment elements 6, 7 can move toward the output element 3 from the direction “early” or “late” during a movement of the drive element 2 "tension the respective spring body 1 1, 12 in the direction of the arbitrary position 16.
  • the spring 4 then effects an adjustment back in the direction of "early” or “late”.
  • At least one spring end 10 abuts against the contact element 6 or 7.
  • the spring end 10 can also rest on both contact elements 6 and 7 at the same time.
  • the spring end 9, 10 is formed as a straight portion, which adjoins the arc-shaped spring body 1 1, 12.
  • the spring ends 9, 10 flank the arranged between the two spring ends 9, 10 contact elements 6, 7.
  • Fig. 2 shows a perspective view of the camshaft adjuster 1 of FIG.
  • FIG. 3 shows the camshaft adjuster 1 according to FIG. 1 with a spring 4 tensioned by an adjusting process.
  • the drive direction of the drive element 2 takes place in a clockwise direction. Since the drive element 2 pre-expansions the output element 3 in its angular position - clearly visible at the position of the contact elements 6, 7 - or the output element 3 in its angular position. An angular position relative to the drive element 2 runs behind, an adjustment of the camshaft adjuster 1 in the "late" direction takes place here, since the two abutment elements 6, 7 are no longer aligned in the radial direction, the spring bodies 11, 12 are tensioned The circumferential angle of the spring wire can increase around the bearing element 15.
  • FIG. 4 shows the perspective view of the camshaft adjuster 1 according to FIG. 3. Here, the same state is depicted, as has already been described in FIG. 3. The structural arrangement of the spring 4 corresponds to the description of FIG. 2.
  • FIG. 5 shows a camshaft adjuster 1 according to the invention with a second embodiment of the spring 4.
  • the structure corresponds largely as described in FIGS. 1 to 4 structure.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the spring 4, which differs from the first embodiment of the spring 4 in the region of the spring ends 9, 10.
  • the spring ends 9, 10 start from the respective spring body 11, 12 at a larger diameter than the actual end of the spring wire of the spring ends 9, 10.
  • the spring ends 9, 10 extend into the 1 to 4 radially inward, ie directed to the axis of rotation of the camshaft adjuster 1.
  • this second embodiment of the spring 4 is taken on the contact element 6 by the spring spring 9, 10 which is also resilient in some way, influence on the spring rate.
  • this effect in the contact element 7, which has a smaller radial distance than the contact element 6, is present.
  • the formation of the spring ends 9, 10, the spring body 1 1, 12 and the radial distances of the contact elements 6, 7 both to the axis of rotation of the camshaft adjuster 1 and each other thus have an influence on the spring characteristic of the single spring 4.
  • the two contact elements 6, 7 have a very small distance from each other.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the camshaft adjuster 1 according to FIG. 5.
  • the single spring 4 is arranged on the side of the camshaft adjuster 1 facing away from the camshaft.
  • the spring 4 has enough free space in the region of the axis of rotation of the camshaft adjuster 1, so that a central screw, with or without valve function, can be mounted to fasten the camshaft adjuster 1 with the camshaft 8 in a rotationally fixed manner.
  • the spring wire of the spring 4 has a rectangular cross-section, whereby a contact with the system advantageously takes place on a cylindrical contact element 6, 7, which increases the service life of this contact.
  • the same effect occurs in the storage element 15, wherein here by the wrap of the spring wire of the spring 4, the life is significantly increased in this bearing.
  • a line load also arises in the contact case, deformations of the abutment element 7 being reduced and the service life and the accuracy of the stop being reduced is increased.
  • Fig. 7 shows a camshaft adjuster 1 according to the invention with a third embodiment of the spring 4.
  • the contact elements 6, 7 are wrapped by the spring wire of the spring 4, wherein the loads in the contact further reduce.
  • the spring ends 9, 10 fixed in the radial direction of the contact elements 6, 7, so that slipping, in particular of the contact element 7 with the spring wire, is avoided. Slippage can arise during tensioning of the spring body 1 1, 12 by the contact element 7, wherein the contact between the spring end 9 and 10 and the contact element 7 can move on the spring wire.
  • Pair of elements - contact element 6, 7 with spring end 9, 10 - contact loss can be avoided. Furthermore, it is possible to dispense with the bearing element 15 and the two spring bodies 1 1, 12 can be cantilevered over the two corrugated spring ends 9, 10.
  • FIG. 8 shows a perspective view of the camshaft adjuster 1 according to FIG. 7.
  • the spring 4 is arranged on the side of the camshaft adjuster 1 facing away from the camshaft.
  • An arrangement of the spring 4 on the camshaft-facing side of the camshaft adjuster 1 is alternatively also conceivable, in which case the spring 4 and the spring ends 9, 10 and with the spring body 1 1, 12 sufficient space for the penetration of the spring 4 by the camshaft 8 should have - the spring 4 projects in the case, the camshaft.
  • 8 9 shows a first characteristic curve of a spring 4 of the camshaft adjuster 1 according to the invention.
  • any position 16 are the Federmonnen- te, which are generated by the spring body 1 1, 12, in equilibrium.
  • the desired position 16 is an angular position at which the drive element 2 is located approximately at the bisecting line relative to the driven element 3 within the maximum possible angular range.
  • positions for the arbitrary position 16 are conceivable in which at least the starting capability of the internal combustion engine is improved or only made possible.
  • the first and second adjustment directions 19, 20 correspond to a rotation of the drive element 2 in relation to the output element 3 in the clockwise or counterclockwise direction in the preceding figures.
  • the vertical dashed lines 17, 18 each symbolize the first and the second stop 17, 18.
  • the spring 4 has no effect, since the contact element 7 within the recess 21 either on the first stop 17 or on the second stop 18 is present.
  • the first and the second stop 17, 18 thus determine the maximum angular range for an adjustment between the drive element 2 and driven element 3.
  • this maximum angular range can also be realized via a stop inside the camshaft adjuster, for example via the wings of drive element 2 and output element 3 in FIG Design of the camshaft adjuster 1 as vane-type adjuster.
  • Striking is the largely linear course of the first and second characteristic curve 13, 14, wherein in each case a characteristic curve 13 or 14 is assigned to a spring body 1 1 or 12.
  • the force or the torque increases steadily and monotonically increasing with increasing adjustment angle from the arbitrary position 16.
  • FIG. 10 shows a second characteristic curve of a spring 4 of the camshaft adjuster 1 according to the invention.
  • This characteristic curve differs from that shown in FIG. 9 in that a nonlinear profile, in particular a degressive profile, is shown.
  • a degressive course has the advantage that in the region of the first or second stop 17, 18, the change in the angular velocity decreases and so the contact element 7 in a gentle contact with the first or second stop. second stop 17, 18 comes.
  • a progressive characteristic curve is conceivable, whereby in particular the adjustment speed in the region of the stops 17, 18 is high.

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Nockenwellenversteller (1) mit einem Antriebselement (2) und einem Abtriebselement (3), wobei das Antriebselement (2) zum Abtriebselement (3) innerhalb eines definierten Winkelbereichs zwischen einer Früh- und einer Spätposition verdrehbar ist, wobei eine Feder (4) das Antriebselement (2) mit dem Abtriebselement (3) verspannt, die Feder (4) eine einzige Feder (4) des Nockenwellenverstellers (1) ist, die das Antriebselement (2) zum Abtriebselement (3) in eine beliebige Position (16) innerhalb des Winkelbereichs verdrehen kann, wobei die einzige Feder (4) eine Winkelverstellung sowohl aus einer Früh- als auch aus einer Spätposition in Richtung der beliebigen Position (16) bewirken kann, wobei die beliebige Position (16) durch ein Anschlagelement (5) festgelegt ist, welches mit beiden Federenden (9, 10) der einzigen Feder (4) in Kontakt steht.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Nockenwellenversteller mit einer Feder
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzei- ten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebs- sträng integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Kettenoder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Ab- triebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein. Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nocken- welle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als„gesteckte Flügel" in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
Die DE 100 62 184 A1 zeigt eine Torsionsschraubenfeder eines Nockenwellenverstellers. Beide Enden der Schraubenfeder sind radial nach außen gebogen. Das erste gebogene Ende liegt an einem fixen Stift an, der von dem Kettenrad vorsteht, und das zweite gebogene Ende liegt an einem Stift an, der von einem Flügeltor vorsteht. Die Schraubenfeder drängt den Flügelrotor, derart, dass der Flügelrotor voreilt bezüglich dem Kettenrad. Das heißt, dass die Schraubenfeder den Flügelrotor derart drängt, dass eine Nockenwelle voreilt bezüglich einer Motorkurbelwelle.
Die DE 10 2006 004 760 A1 zeigt zwei Federn in zwei Druckkammern eines Nocken- wellenverstellers, wobei pro Druckkammer eine Feder vorhanden ist, die auf den Flügel drückt und dementsprechend eine Verstellung aus Richtung „Früh" oder„Spät" bewirkt.
Die EP 2 302 177 A1 zeigt mit Fig. 16A und Fig. 16B eine Feder, die bei Druckabfall in den Druckkammern, den Rotor gegenüber dem Stator in eine für die Brennkraftmaschine startfähige Winkelposition drücken kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine Feder aufweist, die den Rotor, allgemeiner ein Abtriebselement, gegenüber dem Stator, allgemeiner einem Antriebselement, in eine beliebige Position bewegt, wobei eine besonders zuverlässige und einfache Positionierung sowohl aus„Früh" als auch aus „Spät" ermöglicht werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
So wird ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement, wobei das Antriebselement zum Abtriebselement innerhalb eines definierten Winkelbereichs zwischen einer Früh- und einer Spätposition verdrehbar ist, wobei eine Feder das Antriebselement mit dem Abtriebselement ver- spannt, die Feder eine einzige Feder des Nockenwellenverstellers ist, die das Antriebselement zum Abtriebselement in eine beliebige Position innerhalb des Winkelbereichs verdrehen kann, wobei die einzige Feder eine Winkelverstellung sowohl aus ei- ner Früh- als auch aus einer Spätposition in Richtung der beliebigen Position bewirken kann, vorgeschlagen, wobei die beliebige Position durch ein Anschlagelement festgelegt ist, welches mit beiden Federenden der einzigen Feder in Kontakt steht. Die beliebige Position kann eine Zwischenposition zwischen„Früh" und„Spät" sein, im Speziellen kann dies die Mittenposition sein.
Das Abtriebselement kann im Speziellen ein Rotor, mit Flügeln zur Verwendung in einem hydraulischen Flügelzellenversteller, mit oder ohne einem Adapterteil sein. Das Abtriebselement wird mit einer Nockenwelle drehfest, insbesondere durch eine Zentralschraube oder ein Zentralventil, verbunden.
Das Antriebselement weist eine Verzahnung zum Eingriff mit einem Zugmittel des Steuertriebs auf. Die Verzahnung kann unmittelbar mit dem Antriebselement oder mit- telbar, bspw. von einem Deckelelement, welches mit dem Antriebselement drehfest verbunden ist, ausgebildet sein. Das Antriebselement kann als Stator mit Flügeln zur Verwendung in einem hydraulischen Flügelzellenversteller ausgebildet sein.
Bei hydraulisch betätigten Nockenwellenverstellern weist das Antriebselement zumin- dest ein Deckelelement zur Abdichtung der Druckkammern auf, damit das unter Druck stehende Hydraulikmittel nicht aus den Druckkammern austritt.
Das Antriebselement und das Abtriebselement können selbstverständlich auch die Elemente eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers sein.
Allen Typen von Nockenwellenverstellern, auch die hier nicht explizit genannten, gemein ist die Verwendung einer Feder, um in einem kontrollierten oder vorzugsweise unkontrollierten Betriebszustand des Nockenwellenverstellers und auch der
Brennkraftmaschine eine sichere Winkelverstellung in eine„startfähige" und/oder zu verriegelnde Position zu gewährleisten, damit die Brennkraftmaschine erneut startbar ist. Vorteilhafterweise kann durch die Anlage beider Federenden an einem Anschlagelement zugleich, welches bevorzugt ein einziges Anschlagelement sein kann, eine zuverlässige beliebige Position innerhalb des Winkelbereichs sowohl erreicht als auch gehalten werden. Schwingungen zwischen dem Abtriebselement und dem Antriebs- element in der beliebigen Position bzw. um die beliebige Position herum, bspw. hervorgerufen durch Nockenwellenwechselmomente oder übertragen aus dem Steuertrieb auf den Nockenwellenversteller, die zu einer Auslenkung um diese beliebige Position führen, werden durch die gleichzeitige und insbesondere spielfreie Anlage zweier Federenden der einzigen Feder an dem Anschlagelement unmittelbar bekämpft und das Abtriebselement wird im Fall einer schwingungsbedingten Auslenkung um die beliebige Position unverzüglich und sicher in die beliebige Position zurückgeführt und beruhigt. Der zugleiche Kontakt beider Federenden der einzigen Feder mit dem Anschlagelement reduziert im Nockenwellenversteller die erforderlichen strukturellen Maßnahmen zur zuverlässigen Anlage der einzigen Feder auf ein Minimum. Der gleichzeitige Kontakt in der beliebigen Position jedes Federendes mit dem Anschlagelement reduziert die Fertigungstoleranzen, insbesondere am Anschlagelement, welche auf die beliebige Position einwirken ebenfalls auf ein Minimum, wodurch vorteilhafterweise ein Verriegelungsmechanismus die beliebige Position besonders zuverlässig mechanisch fixieren kann. Dadurch ist das Spiel zwischen einem Verriege- lungselement, welches in eine Verriegelungskulisse einriegeln kann, um die Winkellage zu fixieren, in beide Umfangsrichtungen reduzierbar, wodurch Geräusche, insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine ebenfalls reduziert werden können.
Erfindungsgemäß wird erreicht, dass mittels einer einzigen Feder im Nockenwellen- versteller eine Zwischen-, idealerweise eine Mittenposition, angefahren werden kann, wobei durch die Anlage beider Federenden an einem Anschlagelement diese Position zuverlässiger und exakter für das Verriegeln eines Verriegelungsmechanismus gehalten werden kann. Abgesehen von der Möglichkeit des zuverlässigen Verriegeins ist erfindungsgemäß gewährleistet, dass bei Motorstopp diese beliebige Position erreicht wird. Dies ist ein besonderer Vorteil, da bei Motorstopp, insbesondere bei ungeplanten Motorstopp, die für eine Verstellung notwendige Energie und Betriebsmittel ausfallen, wonach diese Aufgabe von der Feder in unabhängiger Weise übernommen werden kann und übernommen wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Anschlagelement vom Antriebselement oder vom Abtriebselement ausgebildet. Das Anschlagelement kann zwischen den beiden Federenden der einzigen Feder angeordnet sein. Alternativ kann das Anschlagelement die beiden Federenden flankieren, so dass die Federenden von dem Anschlagelement umragt werden bzw. die Federenden innerhalb des Anschlagelements angeordnet sind. Alternativ kann das Anschlagelement auf derselben Seite der Federenden angeordnet sein, wobei das Anschlagelement beide Federenden einseitig flankiert.
Zusätzlich zu dem Anschlagelement kann zumindest ein Anlageelement vorhanden sein, welches zumindest ein Federende der einzigen Feder aus der beliebigen Positi- on auslenken kann. Das vorhandene Anschlagelement kann in diesem Fall für die Auslenkung des anderen Federendes vorgesehen sein, wobei in der Ruhelage (beliebige Position) beide Federenden an dem Anschlagelement zur Anlage kommen. Vorteilhafterweise kann die beliebige Position auch im Bereich der„Früh" oder„Spät" Position zwischen Antriebselement und Abtriebselement festgelegt sein.
So liegt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, nämlich dass das Anschlagelement zugleich Anlageelement eines Federendes ist, wobei für das andere Federende zusätzlich ein Anlageelement zur Auslenkung des Federendes aus der Ruhelage vorgesehen ist. Folglich wird das andere Federende seine Anschlagsposition an dem Anlageelement des einen Federendes finden.
Alternativ kann vorteilhaft sein, dass zu dem einen Anschlagelement zusätzlich zwei Anlageelemente vorhanden sind, wobei pro Federende jeweils ein Anlageelement zugeordnet ist, das die Auslenkung des jeweils zugehörigen Federendes bewerkstelligen kann. Beim Erreichen der Ruheposition (beliebige Position) können die Federenden ihre jeweiligen Anlageelemente verlassen und zugleich, idealerweise zeitgleich, Kontakt mit dem Anschlagelement finden. Denkbar ist auch, dass ein Federende seinen Kontakt vom Anlageelement auf das Anschlagelement wechselt. Beim Erreichen der Ruheposition (beliebige Position) kann das Federende sein jeweiliges Anlageelement verlassen und Kontakt mit dem Anschlagelement finden. Dabei kann das andere Federende bereits sowohl am Anlageelement als auch am Anschlagelement in Kontakt stehen oder ausschließlich am Anschlagelement oder am Anlageelement anliegen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Anschlagelement zwei Anlageelemente auf, mittels der die einzige Feder gespannt wird, womit eine Position zwischen der beliebigen Position und der Position Früh- oder Spät erreicht werden soll.
Das Anschlagelement selbst kann aus zwei Anlageelementen bestehen, wobei mittels der Anlageelemente die Feder gespannt wird und zugleich über die Anlageelemente ein Anschlagelement realisiert ist. Vorteilhafterweise kann so die Anzahl der Bauteile reduziert werden.
Die vorgenannten Ausführungen der Aufteilung des Anschlagelements und des/der Anlageelements/Anlageelemente auf die Federenden im Zusammenhang mit den Kontaktsituationen in der Ruhelage lassen sich beliebig untereinander und mit dem gesamten Offenbarungsgehalt kombinieren und sind hiermit ausdrücklich offenbart.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das erste Anlageelement mit dem Antriebselement drehfest verbunden und das zweite Anlageelement mit dem Abtrieb- selement drehfest verbunden ist. Die drehfeste Anbindung kann unmittelbar oder mittelbar, bspw. durch ein zwischengeschaltetes Deckelelement, ausgebildet sein.
Die Form der Anlageelemente insbesondere die für das Federende vorgesehene Anlagefläche kann zylinderförmig, ballig, polygonal, kugelförmig sein. Die Anlageelemen- te können separate Bauteile, wie bspw. Schrauben, Schraubenköpfe, Nadeln, Stifte, sein, welche mit dem Antriebselement bzw. Abtriebselement gefügt werden. Die Anlageelemente können auch vom Antriebselement bzw. Abtriebselement oder von Teilen des Antriebselements bzw. Abtriebselements integral ausgebildet sein. Dabei kann das Antriebselement bzw. Abtriebselement an der Stelle des Anlageelements aus Blech, Sinter oder Kunststoff ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Anlageelemente als Pins ausgebildet, wobei die Pins in radialer Richtung fluchtend angeordnet sind. Die Pins können einteilig vom jeweiligen Antriebselement oder Abtriebselement ausgebildet sein, wobei es sich vorteilhafterweise anbietet, Stifte zu verwenden, welche in entsprechende Aufnahmen des Antriebselements bzw. Abtriebselements eingesetzt sind. Da die Stifte eine äußerst geringe Durchmessertoleranz besitzen, kann so eine sehr symmetrische Anlage der Federenden an den Anlageelementen ausgebildet werden.
Die Pins können unterschiedliche oder gleiche Durchmesser besitzen. Auch kann das Anschlagelement, sofern getrennt von den Anlageelementen ausgebildet, eine pinförmige Gestalt aufweisen.
In einer bevorzugten Ausbildung berühren die beiden Federenden der einzigen Feder die beiden Anlageelemente in der beliebigen Position. Somit wird bei der beliebigen Position ein Übergabezustand des einen Federendes über die beiden Anlageelemente an das andere Federende ohne Spiel realisiert. Bevorzugterweise ist zumindest eines der Anlageelemente ein Anschlagelement. Vorteilhafterweise werden so Unstetig- keitsstellen im Kennlinienverlauf der einzigen Feder, die zu einer negativen Geräuschentwicklung führen könnte, vermieden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen die beiden Federenden unter einer Vorspannung an den beiden Anlageelementen an. Somit sind die Federenden derart geformt und an den Anlageelementen sowie Anschlagelement angelegt, dass diese unabhängig von der Vorspannung der Federkörper eine Vorspannung aufweisen. Bevorzugterweise ist zumindest eines der Anlageelemente ein Anschlagelement. Diese Vorspannung bewirkt, dass die auftretenden Schwingungen um die Ruhelage (beliebige Position) von dieser Vorspannung reduziert werden können. Gleichenfalls können die Federenden unterschiedliche Vorspannungen aufweisen, welche den auftretenden unsymmetrischen Schwingungen um die beliebige Position angepasst sind.
In einer Ausbildung der Erfindung weist die einzige Feder zwei voneinander unter- schiedliche Kennlinien auf, wobei jeweils eine Kennlinie jeweils einem Federkörper der einzigen Feder zugeordnet ist, wobei jeder Federkörper jeweils bei einer Bewegung aus der beliebigen Position in Richtung der Position Früh- oder Spät gespannt wird. Es kann sich das Drehmoment in einer ersten Winkelposition des einen Federkörpers von dem Drehmoment in einer zweiten Winkelposition des anderen Federkör- pers unterscheiden. Die Kennlinie des einen Federkörpers kann sich von der Kennlinie des anderen Federkörpers unterscheiden, um bspw. einem Nockenwellenreibmo- ment entgegenzuwirken. Die Verläufe der Kennlinien können ebenfalls unterschiedlich gewählt werden. So sind progressive oder degressive Verläufe denkbar. Progressive Verläufe der Kennlinien können vorteilhaft sein, um die Verstellgeschwindigkeit insbe- sondere in der Nähe der Positionen„Früh" und/oder„Spät" zu erhöhen. Degressive Verläufe der Kennlinien können vorteilhaft sein, um eine Dämpfung bzw. ein sanftes Anschlagen in der Position„Früh" und/oder„Spät" zu erzielen. Der Verlauf der Kennlinie ist aus Sicht der beliebigen Position in Richtung der Position„Früh" oder„Spät" zu verstehen. Weist der eine Federkörper einen degressiven und der andere einen pro- gressiven Verlauf seiner Kennlinie auf, so kann gezielt das Verhalten beim ungeplan- ten Ausfall von Energie und Betriebsmitteln, die eine Verstellung bewirken, beeinflusst werden. Denkbar ist auch ein weitestgehend linearer Verlauf der Kennlinie, um bspw. eine gleichbleibende Winkelgeschwindigkeit bei der Verstellung, mit oder ohne Betriebsmittel und Energie, zu erzeugen. Progressive und degressive Verläufe der Kenn- linien können mit dem Betriebsverhalten der Betriebsmittel, bspw. Öl der Ölpumpe, abgestimmt werden um ein besseres Ansprechverhalten des Nockenwellenverstellers oder ein ruhigeres Betriebsverhalten oder ein verbessertes Verriegelungsverhalten des Nockenwellenverstellers zu erzeugen. Alternativ können beide Kennlinienverläufe entweder progressiv oder degressiv oder weitestgehend linear sein. ln einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die einzige Feder an einem Lagerelement aufgenommen, welcher die zwei Federkörper der einzigen Feder räumlich voneinander trennt. Zusätzlich kann das Lagerelement eine gelenkige Verbindung zur Feder ausbilden, wobei die Feder ferner durch das Anschlagelement und/oder den Anlageelementen gehalten werden kann. Das Lagerelement kann eine axiale Sicherung der Feder übernehmen, so dass die Feder auch in axialer Richtung verliersicher gehalten ist und somit vorzugsweise kein Deckelelement zum Abdecken der Feder notwendig ist. Ein verliersicheres Halten durch das Lagerelement kann zudem gewährleistet werden, wenn der Federdraht der Feder das Lagerelement umschlingt. Die Umschlingung sollte bevorzugt im Bereich von 180° bis 360° vorliegen, kann jedoch auch ein Vielfaches von 360° sein (mehrfach umwickelt). Die Umschlingung kann einer Vorspannung unterliegen, die bewirkt, dass ein axiales Verrutschen und/oder ein radiales Verrutschen der einzigen Feder verhindert ist und die einzige Feder zuverlässig ihre Position behält. Die Umschlingung kann bei Montage aufgeweitet werden, so dass ein Fügen oder Aufstecken der einzigen Feder mit dem bzw. auf das Lagerelement möglich wird.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist das Lagerelement mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement drehfest verbunden. Das Lagerelement kann als Pin oder Stift separat vom Antriebselement bzw. Abtriebselement ausgebildet sein und mit diesem in einem Montagevorgang gefügt werden. Es ist auch eine einteilige Ausbildung des Lagerelementes mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement denkbar. Hierbei bieten sich Herstellungsverfahren wie Sintern oder Blechumformung an, bei der das Lagerelement als angesinterte Konsole oder als gebogene Lasche ausgebildet ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer einzigen Feder und dem Anschlagelement, wobei die Feder in der Lage ist, sowohl aus Richtung„Früh" oder aus Richtung „Spät" in eine beliebige Position zwischen„Früh" und„Spät" zu drücken oder zu ziehen, wird eine sichere und äußerst einfache Positionierung in der beliebigen Position insbesondere zum zuverlässigen Einriegeln eines Verriegelungsmechanismus erreicht. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einer ersten Ausführungsform der Feder,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers nach Fig. 1 , Fig. 3 den Nockenwellenversteller nach Fig. 1 mit einer durch einen Verstellvorgang gespannten Feder,
Fig. 4 die perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers nach Fig. 3, Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einer zweiten Ausführungsform der Feder,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers nach Fig. 5, Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einer dritten Ausführungsform der Feder,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers nach Fig. 7, Fig. 9 einen ersten Kennlinienverlauf einer Feder des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers und
Fig. 10 einen zweiten Kennlinienverlauf einer Feder des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 mit einer ersten Ausführungsform der Feder 4. Der Nockenwellenversteller 1 weist ein Antriebselement 2 und ein Abtriebselement 3 auf. Das Antriebselement 2 weist den aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau mit einer Verzahnung und mindestens einem Deckelelement für einen hydraulischen Nockenwellenversteller auf. Das Abtriebselement 3 weist ebenfalls den aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau mit bspw. gesteckten Flügeln für einen hydraulischen Nockenwellenversteller auf. Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller 1 weist an einer seiner Stirnseite eine einzige Feder 4 auf, welche auf einem Lagerelement 15 gelagert ist. Das Lagerelement 15 ist als mit dem Antriebselement 2 drehfest verbundener Pin ausgebildet. Die einzige Feder 4 hat im Bereich des Lagerelements 15 einen ösenförmigen Feder- drahtverlauf, welcher das Lagerelement 15 umschlingt, so dass eine Fixierung der einzigen Feder 4 in radialer Richtung gewährleistet ist. Die Umschlingung kann dabei unter Vorspannung stehen, so dass ein Spiel zwischen dem umschlingenden Federdraht und dem Lagerelement 15 eliminiert ist. Dennoch kann eine Drehbarkeit zwischen der einzigen Feder 4 und dem Lagerelement 15 gegeben sein. Die beiden bo- genförmigen Federkörper 1 1 , 12 der einzigen Feder 4 laufen bei dem Lagerelement 15 zusammen.
Ferner ist vom Nockenwellenversteller 1 ein Anschlagelement 5 ausgebildet, welches auf zwei pinartige Anlageelemente 6 und 7 aufgeteilt ist. Das Anschlagelement 5 hat die Aufgabe, die Federkraft eines der Federkörper 1 1 oder 12 derart abzufangen, dass bei einer Bewegung aus„Früh" oder„Spät" das Antriebselement 2 relativ zum Abtriebselement 3 in der beliebigen Position 16 gestoppt und gehalten wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der einzigen Feder 4 ist dazu lediglich ein Anschlagelement notwendig, da die Feder 4 gespannt wird, wenn eine Änderungen aus der be- liebigen Position erfolgt. In den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 8 ist jedoch das Anschlagelement 5 auf die zwei Anlageelemente 6 und 7 aufgeteilt. Die Federenden 9, 10 schlagen mit ihren einander zugewandten Seiten am Anschlagelement 5 an. Das Anschlagelement 5 befindet sich somit zwischen den beiden Federenden 9, 10.
Das Anlageelement 6 ist mit dem Antriebselement 2 drehfest verbunden und das Anlageelement 7 ist mit dem Abtriebselement 3 drehfest verbunden. Eines der Anlageelemente 6 oder 7 ist innerhalb einer Aussparung 21 des Antriebselements 2 oder Abtriebselements 3 bewegbar. In dieser Ausführungsform ist das Anlageelement 7 in einer Aussparung 21 des Antriebselement 2 bewegbar, da das Anlageelement 7 mit dem Abtriebselement 3 drehfest verbunden ist. Die Anlageelemente 6 und 7 haben die Funktion, bei einer Bewegung des Antriebselements 2 zum Abtriebselement 3 aus der beliebigen Position 16, je nach dem ob in Richtung„Früh" oder„Spät", den jeweiligen Federkörper 1 1 , 12 zu spannen. Bei abgeschalteter Brennkraftmaschine bewirkt dann die Feder 4 eine Verstellung aus„Früh" oder„Spät" zurück in Richtung der beliebigen Position 16. Alternativ können die Anlageelemente 6, 7 bei einer Bewegung des Antriebselement 2 zum Abtriebselement 3 aus Richtung„Früh" oder„Spät" den jeweiligen Federkörper 1 1 , 12 in Richtung der beliebigen Position 16 spannen. Bei abgeschalteter Brennkraftmaschine bewirkt dann die Feder 4 eine Verstellung zurück in Richtung„Früh" oder„Spät". Zumindest liegt ein Federende 10 an dem Anlageelement 6 oder 7 an. Das Federende 10 kann jedoch auch an beiden Anlageelementen 6 und 7 zugleich anliegen. Das Federende 9, 10 ist als gerader Abschnitt ausgebildet, welcher sich dem bogenförmig ausgebildeten Federkörper 1 1 , 12 anschließt. Die Federenden 9, 10 flankieren die zwischen den beiden Federenden 9, 10 angeordneten Anlageelemente 6, 7. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers 1 nach Fig. 1 . Gut erkennbar ist die Nockenwelle 8, mit der das Abtriebselement 3 drehfest verbunden ist. Die einzige Feder 4 ist auf der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers 1 angeordnet. Vorteilhafterweise kann so in der Montage des Nockenwellenverstellers 1 mit der Nockenwelle 8 der korrekte Sitz der Feder 4 am No- ckenwellenversteller 1 leichter kontrolliert werden. Ebenfalls gut zu erkennen ist, dass das Anlageelement 6 drehfest mit einem vom Antriebselement 2 ausgebildeten Deckelelement verbunden ist. So kann vorteilhafterweise beim Verschrauben des Deckelelementes mit dem Rest des Antriebselements 2 eine umfangsseitige Ausrichtung über das Anlageelement 6 und die beiden anliegenden Federenden 9, 10 erfolgen, wobei die Ausrichtung idealerweise in einer radial fluchtenden Position beider Anlageelemente 6, 7 erfolgreich ist.
Fig. 3 zeigt den Nockenwellenversteller 1 nach Fig. 1 mit einer durch einen Verstellvorgang gespannten Feder 4. In diesem Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass die Antriebsrichtung des Antriebselements 2 im Uhrzeigersinn erfolgt. Da das Antriebselement 2 dem Abtriebselement 3 in seiner Winkellage vorrauseilt - gut zu erkennen an der Position der Anlageelemente 6, 7 - bzw. das Abtriebselement 3 in sei- ner Winkellage relativ zum Antriebselement 2 hinterher läuft, ist hier eine Verstellung des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung„Spät" erfolgt. Da die beiden Anlageelemente 6, 7 in radialer Richtung nicht mehr fluchten, werden die Federkörper 1 1 , 12 gespannt. Die beiden Federenden 9, 10 entfernen sich in Umfangsrichtung voneinan- der. Dabei kann sich der Umschlingungswinkel des Federdrahtes um das Lagerelement 15 erhöhen. Die Aussparung 21 ist drehfest mit dem Antriebselement 2 ausgebildet, somit läuft das pinförmige Anlageelement 7innerhalb der Aussparung in Umfangsrichtung solange bis es an den ersten Anschlag 17 anschlägt oder bis im No- ckenwellenversteller 1 bspw. die Flügel des Antriebselements 2 und des Abtriebsele- ment 3 aneinander anschlagen. Vorteilhafterweise sollte die Winkelbegrenzung des maximal zulässigen Verstellbereichs durch die Aussparung 21 realisiert sein, da ein Anschlagen der Flügel aneinander Probleme wie Haltbarkeit und Überdeckung der Mündungen der Ölversorgung in die Druckkammern mit sich bringt. Fig. 4 zeigt die perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers 1 nach Fig. 3. Hier ist derselbe Zustand abgebildet, wie bereits in Fig. 3 beschrieben worden ist. Die strukturelle Anordnung der Feder 4 entspricht der Beschreibung der Fig. 2.
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 mit einer zweiten Ausführungsform der Feder 4. Der Aufbau entspricht weitestgehend dem in den Fig. 1 bis 4 beschriebenen Aufbau. Im Folgenden werden die Unterschiede zur ersten Ausführungsform herausgestellt. Die Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Feder 4, welche sich im Bereich der Federenden 9, 10 von der ersten Ausführungsform der Feder 4 unterscheidet. Gemäß den Fig. 1 bis 4 beginnen die Federenden 9, 10 aus- gehend vom jeweiligen Federkörper 1 1 , 12 bei einem größeren Durchmesser als das tatsächliche Ende des Federdrahtes der Federenden 9, 10. Mit anderen Worten verlaufen die Federenden 9, 10 in den Fig. 1 bis 4 radial nach innen, also zur Drehachse des Nockenwellenverstellers 1 gerichtet. In den Fig. 5 und 6 hingegen verlaufen die Federenden 9, 10 ausgehend von den Federkörpern 1 1 , 12 in radialer Richtung nach außen, also von der Drehachse des Nockenwellenverstellers 1 weg. Dies hat den Vorteil, dass die Federkörper 1 1 , 12 zum Einen in möglichst kurzer Distanz zur Drehachse des Nockenwellenverstellers 1 angeordnet und ausgebildet werden können, um den Zugang zu einer Verschraubung des Deckelelementes mit dem Rest des Antriebselements 2 zu erleichtern. Zugleich wird der Biegebalken vom jeweiligen Anlageelement 6, 7 zum Lagerelement 15 verkürzt und so die Federrate und das Federmoment erhöht. Sollte die Federrate gesenkt werden, so kann mehr biegsames Mate- rial (Federdraht) in die jeweiligen Federkörper 1 1 , 12 eingebracht werden, bspw.
durch die Ausbildungen von mehreren federnden Windungen. In dieser zweiten Ausführungsform der Feder 4 wird am Anlageelement 6 durch das ebenfalls in gewisser Weise federfähige Federende 9, 10 Einfluss auf die Federrate genommen. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform der Feder 4 ist dieser Effekt bei dem Anlage- element 7, welches einen geringeren radialen Abstand als das Anlageelement 6 aufweist, vorhanden. Die Ausbildung der Federenden 9, 10, der Federkörper 1 1 , 12 und die radialen Abstände der Anlageelemente 6, 7 sowohl zur Drehachse des Nocken- wellenverstellers 1 als auch untereinander haben somit Einfluss auf die Federkennlinie der einzigen Feder 4. Um ein möglichst kongruente Federkennlinien der Federkör- per 1 1 und 12 zu erhalten, können bspw. die beiden Anlageelemente 6, 7 einen sehr geringen Abstand zueinander aufweisen. Ferner kann durch die radiale Anordnung der pinförmigen Anlageelemente 6, 7 Einfluss auf die Dimensionierung und Dauerhaltbarkeit der Anlageelement 6, 7 genommen werden, wobei ein geringer radialer Abstand beider Anlageelemente 6, 7 zueinander zu einer ähnlichen Dimensionierung der pinförmigen Anlageelemente 6, 7 führt.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers 1 nach Fig. 5. Die einzige Feder 4 ist auf der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers 1 angeordnet. Dabei weist die Feder 4 genug Freiraum im Bereich der Drehachse des Nockenwellenverstellers 1 auf, damit eine Zentralschraube, mit oder ohne Ventilfunktion, montiert werden kann, um den Nockenwellenversteller 1 mit der Nockenwelle 8 drehfest zu befestigen.
Wie auch in den vorhergehenden Figuren weist der Federdraht der Feder 4 einen rechteckigen Querschnitt auf, wodurch vorteilhafterweise bei der Anlage an einen zylinderförmiges Anlageelement 6, 7 ein Linienkontakt ausgebildet wird, wodurch sich die Lebensdauer dieses Kontaktes erhöht. Selbiger Effekt stellt sich an dem Lager- element 15 ein, wobei hier durch die Umschlingung des Federdrahtes der Feder 4 die Lebensdauer in dieser Lagerstelle signifikant erhöht ist. Zwischen dem Anlageelement 7, welches zylinderförmig ausgebildet ist und in der Aussparung 21 angeordnet ist und dem ersten sowie zweiten Anschlag 17, 18 stellt sich ebenfalls im Kontaktfall eine Li- nienbelastung ein, wobei Deformationen des Anlageelementes 7 reduziert und die Lebensdauer sowie die Genauigkeit des Anschlags erhöht wird.
Fig. 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 mit einer dritten Ausführungsform der Feder 4. Im Gegensatz zur ersten und zweiten Ausführungsform der Feder 4 werden die Anlageelemente 6, 7 von dem Federdraht der Feder 4 umschlungen, wobei sich die Belastungen im Kontakt weiter verringern. Ferner werden die Federenden 9, 10 in radialer Richtung an den Anlageelementen 6, 7 fixiert, so dass einem Verrutschen, insbesondere des Anlageelementes 7 mit dem Federdraht, vermieden wird. Ein Verrutschen kann beim Spannen des Federkörpers 1 1 , 12 durch das Anlageelement 7 entstehen, wobei der Kontakt zwischen dem Federende 9 bzw. 10 und dem Anlageelement 7 auf dem Federdraht wandern kann. Sollte die Länge des Federdrahts des Federendes 9, 10 nicht ausreichend vorliegend sein oder der Federkörper 1 1 , 12, welcher gespannt wird, Schwingungen im Betrieb der Brennkraftmaschine unterliegen, so besteht die Gefahr des Kontaktverlusts und des Ausfalls des Nockenwellenverstellers 1 . Durch die Umschlingung an zumindest einem
Elementepaar - Anlageelement 6, 7 mit Federende 9, 10 - kann ein Kontaktverlust vermieden werden. Ferner kann auf das Lagerelement 15 verzichtet werden und die beiden Federkörper 1 1 , 12 können über die beiden gewellt ausgebildeten Federenden 9, 10 fliegend gelagert werden.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Nockenwellenverstellers 1 nach Fig. 7. Analog zu den Fig. 2, 4 und 6 ist die Feder 4 auf der nockenwellenabgewandten Seite des Nockenwellenverstellers 1 angeordnet. Eine Anordnung der Feder 4 auf der nockenwellenzugewandten Seite des Nockenwellenverstellers 1 ist alternativ auch denkbar, wobei in dem Fall die Feder 4 sowie mit den Federenden 9, 10 als auch mit den Federkörper 1 1 , 12 ausreichend Platz zur Durchdringung der Feder 4 durch die Nockenwelle 8 haben sollte - die Feder 4 umragt in dem Fall die Nockenwelle 8. Fig. 9 zeigt einen ersten Kennlinienverlauf einer Feder 4 des erfindungsgemäßen No- ckenwellenverstellers 1 . In der beliebigen Position 16 befinden sich die Federmonnen- te, welche durch die Federkörper 1 1 , 12 erzeugt werden, im Gleichgewicht. Die belie- bige Position 16 ist eine Winkelposition, bei der sich das Antriebselement 2 relativ zum Abtriebselement 3 innerhalb des maximal möglichen Winkelbereichs in etwa auf der Winkelhalbierenden befindet. Alternativ sind auch Positionen für die beliebige Position 16 denkbar, bei der zumindest die Startfähigkeit der Brennkraftmaschine verbessert bzw. erst ermöglicht wird. Die erste und die zweite Verstellrichtung 19, 20 ent- sprechen einer Verdrehung des Antriebselements 2 gegenüber des Abtriebselements 3 im bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn in den vorhergehenden Figuren. Die vertikalen gestrichelten Linien 17, 18 symbolisieren jeweils den ersten bzw. den zweiten Anschlag 17, 18. Über diese Linien hinaus hat die Feder 4 keine Wirkung mehr, da das Anlageelement 7 innerhalb der Aussparung 21 entweder an dem ersten Anschlag 17 oder am zweiten Anschlag 18 anliegt. Der erste und der zweite Anschlag 17, 18 bestimmen somit den maximalen Winkelbereich für einer Verstellung zwischen Antriebselement 2 und Abtriebselement 3. Alternativ kann dieser maximale Winkelbereich auch über einen nockenwellenverstellerinternen Anschlag realisiert sein, bspw. über die Flügel von Antriebselement 2 und Abtriebselement 3 in der Bauform des Nocken- wellenverstellers 1 als Flügelzellenversteller.
Auffallend ist der weitestgehend lineare Verlauf der ersten und zweiten Kennlinie 13, 14 wobei jeweils eine Kennlinie 13 oder 14 einem Federkörper 1 1 bzw. 12 zugeordnet ist. Die Kraft bzw. das Drehmoment steigt bei steigendem Verstellwinkel aus der be- liebigen Position 16 stetig und monoton steigend an.
Fig. 10 zeigt einen zweiten Kennlinienverlauf einer Feder 4 des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 . Dieser Kennlinienverlauf unterscheidet sich von dem in Fig. 9 gezeigt, dadurch, dass ein nichtlinearer Verlauf, insbesondere ein degressiver Verlauf dargestellt ist. Ein degressiver Verlauf hat den Vorteil, dass im Bereich des ersten bzw. zweiten Anschlags 17, 18 die Änderung in der Winkelgeschwindigkeit abnimmt und so das Anlageelement 7 in einen sanften Kontakt mit dem ersten bzw. zweiten Anschlag 17, 18 kommt. Alternativ ist ein progressiver Kennlinienverlauf denkbar, wodurch insbesondere die Verstellgeschwindigkeit im Bereich der Anschläge 17, 18 hoch ist. Dies ist vorteilhaft, sofern bspw. in der beliebigen Position 16 eine Verriegelung zwischen Antriebselement 2 und Abtriebselement 3 stattfinden soll, wo- bei diese aus den Anschlagspositionen 17, 18 heraus möglichst schnell erreicht jedoch im Bereich der beliebigen Position 16 sehr zuverlässig verriegeln soll. Bei dem in Fig. 10 dargestellten degressiven Kennlinienverlauf ist es denkbar, dass eine Verriegelung in einer oder beider Anschlagspositionen 17, 18 vorhanden sein kann, welche zuverlässig verriegeln soll, jedoch die beliebige Position 16, insbesondere bei Motor- stopp, möglichst schnell und zuverlässig für einen kurzzeitig sich anschließenden Neustart der Brennkraftmaschine, erreicht werden soll. Vorteilhafterweise begünstigt die erfindungsgemäße Anordnung der Anlageelemente 6, 7 und des Anschlagelements 5 diesen voran beschriebenen Effekt.
Liste der Bezugszahlen) Nockenwellenversteller
) Antriebselement
) Abtriebselement
) einzige Feder
) Anschlagelement
) erste Anlageelement
) zweite Anlageelement
) Nockenwelle
) erstes Federende
0)zweites Federende
1 )erster Federkörper
2) zweiter Federkörper
3) erste Kennlinie
4) zweite Kennlinie
5) Lagerelement
6) beliebige Position
7) erster Anschlag
8) zweiter Anschlag
9) erste Verstellrichtung
0) zweite Verstellrichtung
1 ) Aussparung

Claims

Patentansprüche
1 . Nockenwellenversteller (1 ) mit einem Antriebselement (2) und einem Abtriebse- lement (3), wobei das Antriebselement (2) zum Abtriebselement (3) innerhalb eines definierten Winkelbereichs zwischen einer Früh- und einer Spätposition verdrehbar ist, wobei eine Feder (4) das Antriebselement (2) mit dem Abtriebselement (3) verspannt, die Feder (4) eine einzige Feder (4) des Nockenwel- lenverstellers (1 ) ist, die das Antriebselement (2) zum Abtriebselement (3) in eine beliebige Position (16) innerhalb des Winkelbereichs verdrehen kann, wobei die einzige Feder (4) eine Winkelverstellung sowohl aus einer Früh- als auch aus einer Spätposition in Richtung der beliebigen Position (16) bewirken kann, dadurch gekennzeichnet, dass die beliebige Position (16) durch ein Anschlagelement (5) festgelegt ist, welches mit beiden Federenden (9, 10) der einzigen Feder (4) in Kontakt steht.
2. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (5) vom Antriebselement (2) oder vom Abtriebselement (3) ausgebildet ist.
3. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (5) zwei Anlageelemente (6, 7) aufweist, mittels der die einzige Feder (4) gespannt wird, sofern eine Position zwischen der beliebigen Position (16) und der Position Früh- oder Spät erreicht werden soll.
4. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anlageelement (6) mit dem Antriebselement (2) drehfest verbunden und das zweite Anlageelement (7) mit dem Abtriebselement (3) drehfest verbunden ist.
5. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageelemente (6, 7) als Pins ausgebildet sind, die in radialer Richtung fluchtend angeordnet sind.
6. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federenden (9, 10) der einzigen Feder (4) die beiden Anlageelemente (6, 7) in der beliebigen Position (16) berühren.
7. Nockenwellenversteller (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federenden (9, 10) unter einer Vorspannung an den beiden Anlageelementen (6, 7) anliegen.
8. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Feder (4) zwei voneinander unterschiedliche Kennlinien (13, 14) aufweist, wobei jeweils eine Kennlinie (13, 14) jeweils einem Federkörper (1 1 , 12) der einzigen Feder (4) zugeordnet ist, wobei jeder Federkörper (1 1 , 12) jeweils bei einer Bewegung aus der beliebigen Position (16) in Richtung der Position Früh- oder Spät gespannt wird.
9. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Feder (4) an einem Lagerelement (15) aufgenommen ist, welcher zwei Federkörper (1 1 , 12) der einzigen Feder (4) voneinander trennt.
10. Nockenwellenversteller (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (15) mit dem Antriebselement (2) oder dem Abtriebselement (3) drehfest verbunden ist.
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