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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Brennkraftmaschinen
und betrifft nach ihrer Gattung einen Rotationskolbenversteller
gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Stand der Technik
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In
Brennkraftmaschinen mit mechanischer Ventilsteuerung werden Gaswechseiventile
durch die Nocken einer von einer Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle
betätigt, wobei über Anordnung und Form der Nocken
die Steuerzeiten der Ventile für eine bestimmte Phasenlage
zwischen Kurbel- und Nockenwelle festlegbar sind. Über
eine Änderung der Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle kann
in Abhängigkeit des momentanen Betriebszustands der Brennkraftmaschine
Einfluss auf die Steuerzeiten der Ventile genommen werden, wodurch vorteilhafte
Effekte, wie eine Verminderung von Kraftstoffverbrauch und Schadstofferzeugung,
erreicht werden können. Hinlänglich be kannt ist
der Einsatz spezieller Vorrichtungen zur wahlfreien Verstellung der
Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle, welche meist als ”Nockenwellenversteller” bezeichnet
werden.
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Allgemein
umfassen Nockenwellenversteller ein über ein Antriebsrad
mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehendes Antriebsteil
und ein nockenwellenfestes Abtriebsteil, sowie einen zwischen An-
und Abtriebsteil geschalteten Stellmechanismus, welcher das Drehmoment
vom An- auf das Abtriebsteil überträgt und eine
Verstellung und Fixierung der Phasenlage zwischen diesen beiden
ermöglicht.
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In
einer gängigen Bauweise als hydraulischer Rotationskolbenversteller
sind das Antriebsteil als Außenrotor und das Abtriebsteil
als Innenrotor ausgebildet, wobei Außen- und Innenrotor
zueinander drehverstellbar und konzentrisch bezüglich einer gemeinsamen
Drehachse angeordnet sind. Im radialen Zwischenraum zwischen Außen-
und Innenrotor wird von einem der beiden Rotoren wenigstens ein Druckraum
geformt, in den sich ein mit dem jeweils anderen Rotor verbundener
Flügel erstreckt, wodurch der Druckraum in ein Paar gegeneinander
wirkender Druckkammern geteilt wird. Durch gezielte Druckbeaufschlagung
der Druckkammern können Außen- und Innenrotor
relativ zueinander verdreht werden, um hierdurch eine Änderung
der Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle zu bewirken. Gleichermaßen
kann eine Phasenlage durch hydraulisches Verspannen gehalten werden.
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Nun
treten während des Betriebs der Brennkraftmaschine an der
Nockenwelle Wechselmomente auf, die bei ungenügender Druckmittelversorgung, wie
dies beispielsweise während der Startphase oder im Leerlauf
der Fall ist, dazu führen, dass Innen- und Außenrotor
in unkontrollierter Weise zueinander bewegt werden. Dies kann zur
Folge haben, dass die Flügel innerhalb der Druckräume
hin und her schlagen, wodurch Verschleiß gefördert
und unangenehme Geräusche verursacht werden. Zudem schwankt in
diesem Fall die Phasenlage zwischen Kurbel- und Nockenwelle stark,
so dass die Brennkraftmaschine nicht startet oder unruhig läuft.
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Um
dies zu vermeiden, werden hydraulische Rotationskolbenversteller
mit einer Verriegelungseinrichtung zur drehfesten Verriegelung von
Außen- und Innenrotor ausgerüstet, wobei eine
Verriegelung in einer als Basisposition bezeichneten, für
den Start der Brennkraftmaschine thermodynamisch günstigen Phasenlage
erfolgt. Die Wahl der Basisposition hängt von der konkreten
Auslegung der Brennkraftmaschine ab und kann eine Früh-,
Spät- oder Zwischenstellung sein, wobei, bezogen auf die
Drehrichtung der Nockenwelle, die Spätstellung einer maximalen
Verstellung des Innenrotors in Nachtaufrichtung, die Frühstellung
einer maximalen Verstellung des Innenrotors in Vorlaufrichtung und
die Zwischenstellung einer Drehwinkelstellung zwischen diesen beiden
Enddrehlagen entspricht. Als Mittenstellung wird eine Drehwinkelstellung
des Innenrotors relativ zum Außenrotor bezeichnet, die
sich zumindest annähernd in der Mitte zwischen der Früh-
und der Spätstellung befindet. In entsprechender Weise
wird eine Verstellung des Innenrotors in Richtung Frühstellung
als Frühverstellung, eine gegengleiche Verstellung als Spätverstellung
bezeichnet.
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Die
Verriegelungseinrichtung zur drehfesten Verriegelung von Außen-
und Innenrotor in Basisposition umfasst typischer Weise einen oder
mehrere in einem der beiden Rotoren aufgenommene Riegel, die in
Basisposition in formschlüssigen Eingriff mit dem jeweils
anderen Rotor gebracht werden können und zur Freigabe der
Drehverstellbarkeit von Außen- und Innenrotor hydraulisch
entriegelbar sind.
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Wird
beim Abstellen der Brennkraftmaschine die Basisposition nicht erreicht,
beispielsweise durch ”Abwürgen” des Motors,
verstellt sich der Innenrotor aufgrund der Reibmomente der Nockenwelle
selbsttätig in Spätstellung, so dass für
eine Verriegelung in einer von der Spätstellung verschiedenen
Basisposition spezielle Vorkehrungen zu treffen sind, durch die der
Innenrotor relativ zum Außenrotor in Richtung Basisposition
frühverstellt wird. Zudem unterscheidet sich die Verstellgeschwindigkeit
in den beiden Verstellrichtungen aufgrund der in Richtung ”spät” wirkenden
Reibmomente, so dass eine Angleichung der Verstellgeschwindigkeiten
wünschenswert ist.
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Zu
diesem Zweck werden Rückstell- bzw. Kompensationsfedern
verbaut, welche den Innenrotor gegenüber dem Außenrotor
in Richtung ”früh” vorspannen. So beschreiben
beispielsweise die deutschen Offenlegungsschriften
DE 10007200 A1 und
DE 10215879 A1 jeweils
Rotationskolbenversteller mit Rückstellfedern, durch die
der Innenrotor gegenüber dem Außenrotor in eine
Verstellrichtung zum Erreichen der Basisposition vorgespannt wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 3A–3C werden
nun verschiedene, von der Anmelderin in der industriellen Serienfertigung
eingesetzte Varianten für die Anordnung von Rückstellfedern
in einem Rotationskolbenversteller beschrieben.
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Sei
zunächst 3A betrachtet, worin eine erste
Variante für die Anordnung einer Spiralfeder 105 in
einem Rotationskolbenversteller 101 in einer schematischen
Axialschnittdarstellung veranschaulicht ist. Demnach umfasst der
auf der Stirnseite einer Nockenwelle 104 angebrachte Rotationskolbenversteller 101 einen
mit einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle in Antriebsverbindung
stehenden Außenrotor 102 und einen mit der Nockenwelle 104 drehfest verbundenen
Innenrotor 103, wobei Außen- und Innenrotor zueinander
drehverstellbar und konzentrisch zu einer gemeinsamen Drehachse 114 angeordnet
sind. Eine relative Drehwinkelstellung von Außen- und Innenrotor
kann durch einen nicht näher dargestellten, hydraulischen
Stellmechanismus verändert oder fixiert werden. Zudem ist
eine drehfeste Verriegelung von Außen- und Innenrotor in
einer von der Spätstellung verschiedenen Basisposition
durch eine ebenso nicht näher dargestellte Verriegelungseinrichtung
möglich.
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Die
eine Mehrzahl radialer Windungen umfassende Spiralfeder 105 ist
mit einem Innenhaken 106 an einem vom Innenrotor 103 axial
abstehenden, ersten Einhängstift 108 eingehängt,
wobei der Innenhaken 106 bezüglich einer tangentialen
Verlaufsrichtung des Endes einer Innenwindung 113 in einem Biegewinkel
von ca. 180° abgebogen ist. Sie ist weiterhin mit einem
Außenhaken 107 an einem vom Außenrotor 102 axial
abstehenden, zweiten Einhängstift 109 eingehängt,
wobei der Außenhaken 107 bezüglich einer
Verlaufsrichtung einer Außenwindung 112 in einem
Biegewinkel von ca. 90° mit einer bezüglich der
Spiralfeder 105 wechselnden Krümmungsrichtung
abgebogen ist.
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Über
einen vom Innenrotor 103 axial abstehenden, ersten Stützstift 110,
der einen in etwa gleichen radialen Abstand von der Drehachse 114 der Nockenwelle 104 hat
wie der erste Einhängstift 108, sowie durch einen
vom Außenrotor 102 axial abstehenden, zweiten
Stützstift 111, der einen in etwa gleichen radialen
Abstand von der Drehachse 114 der Nockenwelle 104 hat
wie der zweite Einhängstift 109, werden die Innenwindung 113 bzw.
die Außenwindung 112 der Spiralfeder 105 in
ihrer jeweiligen Lage fixiert, um zu verhindern, dass sich die Verhakung des
Innenhakens 106 mit dem ersten Einhängstift 108 bzw.
jene des Außenhakens 107 mit dem zweiten Einhängstift 109 löst.
Bezogen auf die gemeinsame Drehachse 114 haben sowohl der
erste Einhängstift 108 und der erste Stützstift 110 als
auch der zweite Einhängstift 109 und der zweite
Stützstift 111 jeweils einen in Umfangsrichtung
bemessenen Winkelabstand von weniger als 90°.
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Nachteilig
bei der in 3A gezeigten Anordnung ist insbesondere
die Tatsache, dass bei einem Umschlingungswinkel von ca. 180° des
Innenhakens 106 der radiale Bauraumbedarf aufgrund der doppelt
gelegten Innenwindung 113 erhöht ist. Zudem liegt
ein nicht näher bezeichnetes Drehzentrum der Spiralfeder 105 außerhalb
der gemeinsamen Drehachse 114 der Anordnung, so dass aufgrund
der hierdurch bedingten Exzentrizität der Spiralfeder 105 in
unerwünschter Weise Unwucht auftritt.
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In 3B ist
eine zweite Variante für die Anordnung der Spiralfeder 105 gezeigt.
Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich
die Unter schiede zur ersten Variante von 3A erläutert,
wobei ansonsten Bezug auf obige Ausführungen zu 3A genommen
wird. Demnach ist ein mit dem Innenrotor 103 drehfest verbundener,
zumindest annähernd symmetrischer Vierkant 115 vorgesehen, wobei
eine Innenwindung 113 der Spiralfeder 105 eine
Außenfläche des Vierkants 115 auf drei
Seiten umgibt, wodurch eine formschlüssige, drehfeste Verbindung
zwischen Spiralfeder 105 und Vierkant 115 gebildet
wird. Der Vierkant 115 ist zentriert zur Drehachse 114 der
Nockenwelle 104 angeordnet, so dass die Erzeugung von Unwucht
vermieden wird. Jedoch erhöht der Vierkant 115 in
unerwünschter Weise den radialen Bauraumbedarf der Anordnung
und durch den höheren Materialbedarf für die Spiralfeder 105 steigen
die Fertigungskosten für den Nockenwellenversteller 101.
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Schließlich
ist in 3C eine dritte Variante für
die Anordnung der Spiralfeder 105 gezeigt. Um unnötige
Wiederholungen zu vermeiden, werden wiederum lediglich die Unterschiede
zur ersten Variante von 3A erläutert,
wobei ansonsten Bezug auf obige Ausführungen zu 3A genommen
wird. Demnach ist ein mit dem Innenrotor 103 drehfest verbundener,
zylindrischer Zapfen 116 vorgesehen, der mit einer axialen
Einhängnut 117 versehen ist, an der der Innenhaken 106 eingehängt
ist. Die Innenwindung 113 der Spiralfeder 105 liegt
dem Zapfen 116 weitgehend an, wodurch eine formschlüssige
Verbindung zwischen der Innenwindung 113 und dem Zapfen 116 geschaffen
wird. Der Zapfen 116 ist koaxial zur Nockenwelle 104 angeordnet,
wodurch Unwucht vermieden wird. Jedoch erfordert die Formung des Zapfens 116 in
der industriellen Serienfertigung eine zusätzliche Fertigungsstufe
zur Dreh- bzw. Fräsbearbeitung des Innenrotors 103 bzw.
für das Anbringen eines zusätzlichen Bauteils
am Innenrotor 103, wodurch sich die Fertigungskosten für
den Rotationskolbenversteller 101 erhöhen. Zudem
erhöht sich das Bauteilgewicht für den Innenrotor 103.
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Aufgabe der Erfindung
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Demgegenüber
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Rotationskolbenversteller
zur Verfügung zu stellen, durch den die oben in Zusammenhang
mit den 3A–3C erläuterten
Nachteile herkömmlicher Rotationskolbenversteller vermieden
werden können.
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Lösung der Aufgabe
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Diese
und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch
einen Rotationskolbenversteller mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Erfindungsgemäß ist
ein hydraulischer Rotationskolbenversteller zur Verstellung der
Phasenlage von Kurbel- und Nockenwelle einer Brennkraftmaschine
gezeigt.
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Nach
seiner Gattung umfasst der Rotationskolbenversteller einen mit einer
Kurbelwelle in Antriebsverbindung bringbaren (bzw. kurbelwellenfesten)
Außenrotor und einen mit einer Nockenwelle drehfest verbindbaren
(bzw. nockenwellenfesten) Innenrotor, der in konzentrischer Anordnung
bezüglich einer gemeinsamen Drehachse drehverstellbar zum Außenrotor
gelagert ist und dessen Drehwinkelstellung zum Außenrotor
mittels eines zumindest ein gegeneinander wirkendes Druckkammerpaar
umfassenden hydraulischen Stellmechanismus verstellbar ist.
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Er
umfasst weiterhin eine Drehfeder, die mit dem Außen- und
Innenrotor so drehgekoppelt ist, dass der Innenrotor gegenüber
dem Außenrotor in eine Verstellrichtung zum Erreichen einer
gewünschten Basisposition vorgespannt wird. Hierbei ist
die Drehfeder mit einem hakenförmigen, ersten Endabschnitt
an einem mit dem Innenrotor drehfest verbundenen, ersten Einhängelement
eingehängt. Die Drehfeder ist vorteilhaft in Form einer
Spiralfeder mit einer Mehrzahl radialer Federwindungen ausgebildet,
wobei die Federebene senkrecht zur gemeinsamen Drehachse von Außen-
und Innenrotor gerichtet ist.
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Der
Rotationskolbenversteller umfasst erfindungsgemäß wenigstens
zwei mit dem Innenrotor drehfest verbundene, erste Stützelemente
zum Stützen der Drehfeder, die jeweils in einem Winkelabstand
im Winkelbereich von einschließlich 90° bis einschließlich
270° zum ersten Einhängelement angeordnet sind.
Im Sinne vorliegender Erfindung bezieht sich der Ausdruck ”Winkelabstand” auf
eine in Umfangsrichtung sich bemessende Winkeldifferenz zwischen
radialen Verbindungslinien, die jeweilige Elemente (Einhäng-
bzw. Stützelemente) mit der gemeinsamen Drehachse verbinden.
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Erfindungsgemäß kann
durch die ersten Stützelemente ein Lösen des hakenförmigen,
ersten Endabschnitts aus seiner Verhakung mit dem ersten Einhängelement
verhindert werden, so dass eine radiale Abmessung des Rotationskolbenverstellers
in vorteilhafter Weise um die Materialstärke der Drehfeder
verringert werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenverstellers ist ein erstes Stützelement
zum Stützen der Drehfeder zumindest annähernd
in einem Winkelabstand von 180° zum ersten Einhängelement
angeordnet, wodurch ein lösen des hakenförmigen,
ersten Endabschnitts aus seiner Verhakung mit dem ersten Einhängelement
in besonders effektiver Weise verhindert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren, insbesondere in Hinblick auf die Fertigungskosten bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenverstellers sind zwei erste Stützelemente
zum Stützen der Drehfeder vorgesehen, was insbesondere dann
vorzuziehen ist, wenn ein erstes Stützelement einen Winkelabstand
von mehr als 180° zum ersten Einhängelement hat,
um auf diese Weise bei relativ geringen Fertigungskosten eine ausreichende
Abstützung der Drehfeder auch bei hohen Drehmomenten sicherzustellen.
In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn ein erstes Stützelement
zumindest annähernd einen halb so großen Winkelabstand
vom ersten Einhängelement aufweist wie das andere erste Stützelement,
wodurch eine symmetrische Abstützung der Drehfeder erreicht
werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenverstellers weisen die ersten Stützelemente
einen zumindest annähernd gleichen radialen Abstand von der
gemeinsamen Drehachse auf wie das erste Einhängelement,
so dass die Drehfeder zentriert zur gemeinsamen Drehachse von Außen-
und Innenrotor angeordnet werden kann, um auf diese Weise Unwucht
zu vermeiden. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn der
Rotationskolbenverstellers mit wenigstens einem mit dem Außenrotor
drehfest verbundenen zweiten Stützelement zum Stützen
der Drehfeder versehen ist, um hierdurch ein Lösen des hakenförmigen,
zweiten Endabschnitts aus seiner Verhakung mit dem zweiten Einhängelement
zu verhindern. Hierbei kann es besonders bevorzugt sein, wenn das
wenigstens eine zweite Stützelement einen zumindest annähernd
gleichen radialen Abstand von der gemeinsamen Drehachse aufweist
wie das zweite Einhängelement, um eine zur gemeinsamen Drehachse
von Außen- und Innenrotor zentrierte Ausrichtung der Drehfeder
in einfacher Weise zu erreichen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenverstellers ist der hakenförmige, erste
Endabschnitt der Drehfeder in Bezug auf eine (tangentiale) Verlaufsrichtung
eines dem ersten Endabschnitt unmittelbar benachbarten Federabschnitts
in einem Biegewinkel von maximal 90° abgebogen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenverstellers ist die Drehfeder auf einer dem Innenrotor
abgewandten Seite einer Seitenplatte zum axial druckdichten Verschließen
des wenigstens einen Druckkammerpaars angeordnet. Insbesondere in
diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die Einhäng- und/oder
Stützelemente jeweils in Stiftform ausgebildet sind, beispielsweise
als axiale Verlängerungen von Befestigungsschrauben zur
Befestigung der Seitenplatte an einem den wenigstens einen Druckraum formenden
Teil des Außenrotors.
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Die
Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Brennkraftmaschine,
die mit wenigstens einem wie oben beschriebenen Rotationskolbenversteller versehen
ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den
Zeichnungen mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Axialansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Rotationskolbenverstellers
zur Veranschaulichung der Anordnung einer Rückstellfeder;
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2 eine
schematische perspektivische Axialansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Rotationskolbenverstellers
zur Veranschaulichung der Anordnung einer Rückstellfeder;
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3A–3C schematische
perspektivische Axialansichten herkömmlicher Rotationskolbenversteller
zur Veranschaulichung der Anordnung einer Rückstellfeder.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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Die 3A–3C wurden
bereits in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert,
so dass sich hier eine weitere Beschreibung erübrigt.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenverstellers 1 mit Frühverriegelung
(Verriegelung in Frühstellung bzw. Vorlaufrichtung als
Basisposition) in einer perspektivischen Axialansicht schematisch
dargestellt.
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Der
Rotationskolbenversteller 1 umfasst einen mit einer (nicht
dargestellten) Kurbelwelle über ein Kettenrad 16 und
einen (nicht dargestellten) Kettentrieb in Antriebsverbindung stehenden
Außenrotor 2 und einen mit einer Nockenwelle 4 drehfest
verbundenen Innenrotor 3, wobei Außen- und Innenrotor konzentrisch
bezüglich einer gemeinsamen Drehachse 15 der Nockenwelle 4 und
zueinander drehverstellbar angeordnet sind. Der Rotationskolbenversteller 1 ist
an der Stirnseite der Nockenwelle 4 beispielsweise mittels
einer Zentralschraube befestigt.
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Im
radialen Zwischenraum zwischen Außen- und Innenrotor sind
durch den Außenrotor 2 eine Mehrzahl (nicht dargestellte)
Druckräume geformt, in die sich jeweils ein mit dem Innenrotor 3 verbundener Flügel
erstreckt, wodurch jeder Druckraum in ein Paar gegeneinander wirkender
Druckkammern geteilt wird. Durch gezielte Druckbeaufschlagung der gegeneinander
wirkenden Druckkammern kann eine Drehwinkelstellung des Innenrotors 3 zum
Außenrotor 4 geändert oder durch hydraulisches
Verspannen fixiert werden. Der Außenrotor 2 formt
hierbei ein druckdichtes Gehäuse für den Rotationskolbenversteller 1,
wobei die Druckkammern durch zwei stirnseitig angeordnete Seitenplatten,
von denen nur eine Seitenplatte 17 in 1 erkennbar
ist, axial druckdicht verschlossen sind. Die Seitenplatte 17 ist
durch eine Mehrzahl, in Umfangsrichtung gleichmäßig
verteilt angeordneter, axialer Befestigungsschrauben 18 an
einem die Druckräume formenden, das Kettenrad 16 stützenden
Gehäuseteil 20 angebracht. Weiterhin ist die Seitenplatte 17 mit
einer zur Drehachse 15 der Nockenwelle 4 zentrierten,
kreisförmigen Durchbrechung 19 versehen, welche
den Innenrotor 3 bzw. ein mit dem Innenrotor 3 drehfest
verbundenes Anbauteil freigibt.
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Zur
drehfesten Verriegelung von Außen- und Innenrotor in Mittenstellung
ist in herkömmlicher Weise wenigstens ein (nicht dargestellter)
axialer oder radialer Verriegelungspin vorgesehen, der beispielsweise
im Innenrotor 3 aufgenommen ist, durch eine Schraubendruckfeder
in axiale bzw. radiale Richtung aus seiner Aufnahme gedrängt
wird und formschlüssig in eine vom Außenrotor 2 geformte Riegelkulisse greifen
kann. Um den Verriegelungspin zu entriegeln, kann dieser stirnseitig
mit Druckmittel beaufschlagt und in seine Aufnahme zurückgedrängt
werden.
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Der
genaue Aufbau eines derartigen Rotationskolbenverstellers ist dem
Fachmann beispielsweise aus den eingangs genannten Druckschriften hinlänglich
bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden
muss.
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Der
Rotationskolbenversteller 1 ist weiterhin mit einer ebenen
Spiralfeder 5 versehen, die mit ihrer Federebene senkrecht
zur Axialrichtung, auf der vom Innenrotor 3 abgewandten
Seite der Seitenplatte 17 angeordnet ist. Die Spiralfeder 5 ist
mit einer Mehrzahl radialer Windungen versehen, die eine gedachte axiale
Verlängerung der Nockenwelle 4 umgeben. An der
Spiralfeder 5 ist ein hakenförmiger, erster Endabschnitt
als Außenhaken 6 und ein hakenförmiger, zweiter
Endabschnitt als Innenhaken 7 ausgebildet.
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Der
Innenhaken 7 ist an einem vom Innenrotor 3 abstehenden,
ersten Einhängstift 8 eingehängt, wobei
der Innenhaken 7 so geformt ist, dass er den ersten Einhängstift 8 teilweise
formschlüssig umgibt. Hierbei ist der Innenhaken bezüglich
einer tangentialen Verlaufsrichtung eines dem Innenhaken 7 unmittelbar
angrenzenden, ersten Federabschnitts 21 der Innenwindung 14 in
einem Biegewinkel von ca. 90 in Krümmungsrichtung der Spiralfeder 5 gebogen
(Eckwinkel), so dass sich ein den Formschluss zwischen Innenhaken 7 und
ersten Einhängstift 8 beschreibender Umschlingungswinkel
von ca. 90° ergibt.
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Über
einen vom Innenrotor 3 abstehenden, ersten Stützstift 10 und über
einen vom Innenrotor 3 abstehenden, zweiten Stützstift 11,
die beide jeweils einen in etwa gleichen radialen Abstand von der Drehachse 15 der
Nockenwelle 4 haben wie der erste Einhängstift 8,
wird eine Innenwindung 14 so fixiert, dass ein Lösen
der Verhakung des Innenhakens 7 mit dem ersten Einhängstift 8 verhindert
wird.
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Bezogen
auf die gemeinsame Drehachse 15 sind der erste Einhängstift 8,
der erste Stützstift 10 und der zweite Stützstift 11 (bzw.
deren radiale Verbindungslinien zur Drehachse 15) in einem
Winkelbereich von ca. 270° angeordnet, um zwar im Gegenuhrzeigersinn
betrachtet, beginnend am ersten Einhängstift 8.
Insbesondere ist der erste Stützstift 10 zumindest
annähernd in Gegenüberstellung zum ersten Einhängstift 8 angeordnet,
entsprechend einem Winkelabstand A1 von etwa 180° zwischen
dem ersten Einhängstift 8 und dem ersten Stützstift 10.
Der zweite Stützstift 11 ist in einem Winkelabstand
A2 von ca. 270° zum ersten Einhängstift 8 angeordnet.
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Der
Außenhaken 6 ist an einem vom Außenrotor 2 abstehenden,
als axiale Verlängerung einer Befestigungsschraube 18 geformten,
zweiten Einhängstift 9 eingehängt, wobei
der Außenhaken 6 so geformt ist, dass er den zweiten
Einhängstift 9 teilweise formschlüssig
umgibt. Hierbei ist der Außenhaken 6 bezüglich
einer tangentialen Verlaufsrichtung eines dem Außenhaken 6 unmittelbar
angrenzenden, zweiten Federabschnitts 22 der Außenwindung 13 in einem
Biegewinkel von ca. 170° entgegen der Krümmungsrichtung
der Spiralfeder 5 abgebogen. Über einen vom Außenrotor 2 abstehenden,
als axiale Verlängerung einer Befestigungsschraube 18 geformten,
dritten Stützstift 12, der einen in etwa gleichen radialen
Abstand von der Drehachse 15 der Nockenwelle 4 hat
wie der zweite Einhängstift 9, wird die Außenwindung 13 so
fixiert, dass ein Lösen der Verhakung des Außenhakens 6 mit
dem zweiten Einhängstift 9 verhindert wird. Bezogen
auf die Drehachse 15 der Nockenwelle 4 sind der
zweite Einhängstift 9 und der dritte Stützstift 12 (bzw.
deren radiale Verbindungslinien zur Drehachse 15) in einem
Winkelbereich von ca. 90° angeordnet, betrachtet im Uhrzeigersinn,
beginnend am zweiten Einhängstift 9.
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Die
in 1 gezeigte Spiralfeder 5 spannt den Innenrotor 3 gegenüber
dem Außenrotor 2 in Richtung ”früh” vor,
um einerseits die Verstellgeschwindigkeiten in den beiden Verstellrichtungen
anzugleichen und andererseits den Innenrotor 3 zum Erreichen
der Basisposition entsprechend in Richtung ”früh” zu
verstellen. Durch den in einem Biegewinkel von etwa 90° gegenüber
der Verlaufsrichtung der Spiralfeder 5 abgebogenen Innenhaken 7 kann die
radiale Abmessung des Rotationskolbenverstellers 1 gegenüber
der in 3A gezeigten herkömmlichen
Einhängung der Spiralfeder 5 um den Betrag der
Materialstärke der Spiralfeder 5 vermindert werden.
Durch die in Umfangsrichtung gleichmäßige Abstützung
der Spiralfeder 5 mittels dreier innerer Abstützpunkte,
gegeben durch den ersten Einhängstift 8, den ersten
Stützstift 10 und den zweiten Stützstift 11,
wird die Spiralfeder 5 zentriert zur gemeinsamen Drehachse 15 gehalten,
so dass eine exzentrische Lage der Spiralfeder 5 vermieden
werden kann. Insbesondere kann hierdurch eine Federhysterese vermindert
und die Freigängigkeit zur Nockenwelle 4 sichergestellt
werden.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenverstellers 1 mit Frühverriegelung
(Verriegelung in Vorlaufrichtung als Basisposition) in einer Axialansicht
schematisch dargestellt.
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Um
unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich
die Unterschiede zu dem in 1 gezeigten,
ersten Ausführungsbeispiel erläutert, wobei ansonsten
Bezug auf die dort gemachten Ausführungen genommen wird.
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Demnach
ist der Rotationskolbenversteller 1 mit einer Spiralfeder 5 versehen,
die entsprechend einer zu 1 verschiedenen
Drehrichtung der Nockenwelle 4 eine gegensätzliche
Wicklungsrichtung ihrer Windungen aufweist. Hierbei sind der erste
Einhängstift 8, der erste Stützstift 10 und
der zweite Stützstift 11 (bzw. radiale Verbindungslinien
derselben mit der Drehachse 15) innerhalb eines Winkelbereichs
von ca. 270° angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
beginnt der Winkelbereich am ersten Einhängstift 8 und
bemisst sich, entsprechend dem radial zunehmenden Verlauf der Spiralfeder 5 im Uhrzeigersinn.
Insbesondere ist der erste Stützstift 10 zumindest
annähernd in Gegenüberstellung zum ersten Einhängstift 8 angeordnet,
entsprechend einem Drehwinkelabstand A1 von ca. 180° vom
ersten Einhängstift 8. Der zweite Stützstift 11 ist
zumindest annähernd im Bereich der Winkelhalbierenden zwischen
dem ersten Einhängstift 8 und dem ersten Stützstift 10 angeordnet,
entsprechend einem Drehwinkelabstand A2 von ca. 90° vom
ersten Einhängstift 8, wodurch eine in Hinblick
auf eine Verhakung des Innenhakens 7 mit dem ersten Einhängstift 8 besonders
zuverlässige, gleichermaßen für niedrige und
hohe Drehmomente geeignete Abstützung der Spiralfeder 5 erreicht
wird.
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Obgleich
in den Ausführungsbeispielen eine innere Abstützung
der Innenwindung 14 der Spiralfeder 5 mittels
dreier Abstützstellen veranschaulicht ist, ist denkbar,
lediglich zwei zumindest annähernd gegenüberliegende
Abstützstellen (d. h. eine Einhakung des Innenhakens 7 am
ersten Einhängstift 8 und einen mit einem Drehwinkelabstand
von ca. 180° vom ersten Einhängstift 8 angeordneten
ersten Stützstift 10) oder mehr als drei innere
Abstützstellen vorzusehen, wobei unter dem Gesichtspunkt
der Fertigungskosten drei innere Abstützstellen bevorzugt sind.
Anstelle einer Spiralfeder 5 kann gleichermaßen
eine andere zur Drehverstellung von Außen- und Innenrotor
geeignete Drehfeder, beispielsweise eine Torsionsschraubenfeder,
vorgesehen sein.
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- 1
- Rotationskolbenversteller
- 2
- Außenrotor
- 3
- Innenrotor
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Spiralfeder
- 6
- Außenhaken
- 7
- Innenhaken
- 8
- erster
Einhängstift
- 9
- zweiter
Einhängstift
- 10
- erster
Stützstift
- 11
- zweiter
Stützstift
- 12
- dritter
Stützstift
- 13
- Außenwindung
- 14
- Innenwindung
- 15
- Drehachse
- 16
- Kettenrad
- 17
- Seitenplatte
- 18
- Befestigungsschraube
- 19
- Durchbrechung
- 20
- Gehäuseteil
- 21
- erster
Federabschnitt
- 22
- zweiter
Federabschnitt
- 101
- Rotationskolbenversteller
- 102
- Außenrotor
- 103
- Innenrotor
- 104
- Nockenwelle
- 105
- Spiralfeder
- 106
- Innenhaken
- 107
- Außenhaken
- 108
- erster
Einhängstift
- 109
- zweiter
Einhängstift
- 110
- erster
Stützstift
- 111
- zweiter
Stützstift
- 112
- Außenwindung
- 113
- Innenwindung
- 114
- Drehachse
- 115
- Vierkant
- 116
- Zapfen
- 117
- Einhängnut
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005008264
U1 [0008]
- - EP 1596040 A2 [0008]
- - DE 102005013141 A1 [0008]
- - DE 19908934 A1 [0008]
- - WO 2006/039966 [0008]
- - DE 10007200 A1 [0010]
- - DE 10215879 A1 [0010]