DE102010063706A1

DE102010063706A1 - Nockenwellenversteller mit Rückstellfeder

Info

Publication number: DE102010063706A1
Application number: DE102010063706A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Stefan SCHELTER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US20130263805A1; WO2012084283A1; CN103270257A; CN103270257B; US9200542B2

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Anordnung eines Nockenwellenverstellers (1), welcher einen Stator (2) und einen Rotor (3) aufweist, wobei der Stator (2) und der Rotor (3) als Blechteile ausgebildet sind und integrale Blechausformungen (12) zur Aufnahme einer Feder (4) und deren Federenden (5, 6) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einer Rückstellfeder.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last senkt den Verbrauch und die Emissionen. Eine verbreitete Bauart ist der Flügelzellenversteller. Flügelzellenversteller weisen einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad auf. Der Rotor ist meist mit der Nockenwelle drehfest verbunden. Der Stator und das Antriebsrad werden ebenfalls untereinander verbunden, wobei sich der Rotor koaxial zum Stator und innerhalb des Stators befindet. Rotor und Stator prägen Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor ermöglichen. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Verbund von Stator, Antriebsrad und Abdichtdeckel wird über mehrere Schraubenverbindungen ausgebildet.
Die US 7,614,372 zeigt einen Flügelzellenversteller. Der Rotor ist innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor weist einen Innendurchmesser auf, an dem eine Drehfeder gelagert ist. Weiterhin beschreibt die US 7,614,372 unterschiedliche Radien für die Anlage des Windungskörpers der Drehfeder.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen weiteren kostengünstigeren Nockenwellenversteller zu finden, der eine vorteilhafte Anordnung einer Rückstellfeder aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Nockenwellenversteller einen Stator, einen Rotor und eine Feder aufweist. Der Rotor besitzt gegenüber dem Stator einen Drehfreiheitsgrad. Zugleich ist der Rotor gegenüber dem Stator translatorisch fixiert. Die Feder verspannt den Stator mit dem Rotor rotativ. Stator und Rotor sind jeweils als Blechumformteile ausgebildet und weisen integrale Blechausformungen zur Abstützung der Feder auf.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind Rotor und Stator jeweils als einteiliger Blechnapf ausgebildet. Ein Blechnapf weist einen geschlossenen Boden und ein dem gegenüberliegendes offenes Ende auf. Im Einzelnen ähnelt diese Blechnapfform weitestgehend einer Stem-Topf-Form. Bei dieser Stern-Topf-Form sind bei Rotor und Stator die jeweiligen Flügel zur Abtrennung der Druckräume vorteilhafterweise einteilig am jeweiligen Rotor und Stator angeformt. Die umlaufende Wandung, welche weitestgehend orthogonal zum Boden ist, wird durch die Blechdicke ausgebildet. Die Höhe dieser Wandung entspricht weitestgehend der axialen Länge des jeweiligen Blechnapfes. Unter der Sternform kann auch eine Blumenform verstanden werden, wobei als Unterschied eine spitzwinklige oder stumpfwinklige Ausbildung der Flügel in radialer Richtung charakteristisch ist. Eine Spezialform stellt eine parallele Anordnung der Wandungen der Flügel in radialer Richtung dar.
Bei der Ausbildung eines Blechnapfes verläuft die Wandung aus Blech derart, dass die Flügel mit dem Boden im Querschnitt eine U-Form ausbilden. Zwei sich gegenüberstehende Wandungen eines Blechnapfes können im Profil von ihrem offenen Ende zu dem Boden des Blechnapfes in axialer Richtung aufeinander zu oder voneinander weg, winklig ausgebildet sein. Im Sonderfall verlaufen die Wandungen zueinander parallel in axialer Richtung.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Federende, wobei unter dem Federende jede Art von Federschenkel verstanden werden kann, von der offenen Seite des Blechrotors oder Blechstators eingelegt. Das Federende wird hierbei von zwei Wandungen umragt und stützt sich an einer Wandung ab. Vorteilhafterweise ist diese Abstützung durch einen Flügel gebildet.
Eine bevorzugte Federart ist die Drehfeder. Dabei erstrecken sich die Windungen der Drehfeder entweder in axialer Richtung und damit weitestgehend parallel zur Drehachse des Nockenwellenverstellers, oder in radialer Richtung und somit weitestgehend orthogonal zur Drehachse. Die daraus gebildeten Federenden lassen sich in eine gewünschte Form bringen. Die Formen der Federenden können Ösen, Haken, Umschlingungen o. ä. sein.
In einer Ausbildung der Erfindung ist eine Durchgangsöffnung in einem Blechnapf für die Anlage eines Federendes vorgesehen. Dabei wird ein Federende an einem Blechnapf gelagert, wobei alternativ anstatt einer Durchgangsöffnung auch eine Materialauswölbung denkbar ist. Die radiale Position dieser Anlage ist vorteilhafterweise frei wählbar und als Stanzprozess oder Prägeprozess im Blechnapf leicht abzubilden.
In einer detaillierten Ausgestaltung der Erfindung kann das Federende nabennah gelagert, oder möglichst am Außenumfang des Blechnapfes gelagert werden. Dabei wird der vorhandene Bauraum optimal genutzt und der Hebelarm, der über den Abstand der Abstützung des Federendes zur Drehachse gebildet wird, kann auf die Anforderungen eingestellt werden.
Die Durchgangsöffnung kann alternativ als gebogene Lasche oder Blechtasche gestaltet sein, so dass das Federende die Durchgangsöffnung nicht durchdringt, sondern nur als ein Widerlager beim Spannen der Feder ausgebildet ist.
Weiterhin ergeben sich Vorteile in der Lagerung des Federendes in einer Durchgangsöffnung derart, dass Überbestimmtheiten vermieden werden. So kann sich das Federende in einer Richtung bewegen, so dass Temperatureinflüsse und Materialbewegungen im Betrieb das Federende nicht begrenzen, während eine Anlage des Federendes, in einer weitestgehend orthogonalen Richtung, als Widerlager dient.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das Federende durch eine Aussparung am Rotor hindurch zur Anlage in einen Stator zu bringen. Dabei muss das sich relativ drehende Bauteil, in diesem Fall der Rotor, eine Aussparung in entsprechender Drehrichtung aufweisen.
Unter Durchgangsausnehmungen sind alle durch materialentfernende Prozesse entstehende Ausbildungen, wie Löcher, Fenster, Durchbrüche, Ausstanzungen, Schlitze und Durchgangsöffnungen zu verstehen.
In einer Ausbildung der Erfindung können Materialauswölbungen der Blechnapfe eine Abstützung für ein Federende bilden. Vorteilhafterweise wird hierbei die Struktur im Blechnapf nicht geschwächt, so dass dies eine lokale, festigkeitsgünstige Anlage für das Federende bildet. Weiterhin können zusätzliche Bauelemente wie Stifte, Schrauben oder Niete entfallen. Materialauswölbungen können in Form von Sicken, Noppen oder ähnlichem ausgeprägt sein.
Zur bestimmten Fixierung einer Drehfeder mit radialer Windungserstreckungsrichtung können ein oder mehrere Anlagepunkte an den Blechnapfen ausgebildet werden. Vorteilhafterweise lassen sich diese Anlagepunkte als Materialauswölbungen einteilig aus dem Blech prägen.
Unter Materialauswölbungen sind alle Umformungen im Blech wie Kerben, Sicken, Nasen, Noppen, Taschen sogar die vorteilhafte Ausbildung der Flügel selbst zu verstehen.
Alternativ kann am Blechnapf eine Nase oder Auskerbung aus einem gebogenem Blechabschnitt einteilig aus dem Blechnapf gefertigt werden, welcher als Anlage für ein Federende dient.
Optional können derartige Blechlaschen auch als separate Bauteile am Rotor oder Stator angeordnet werden. Für eine feste Verbindung sind Verfahren wie Schweißen, Löten, Kleben, Nieten, Schrauben, o. ä. vorgesehen. Ein Vorteil an separaten Blechlaschen stellt das getrennte Handling dar, wobei derartige Blechlaschen bei der Materialwahl von Rotor oder Stator variieren können und entsprechend verschieden gehärtet oder beschichtet werden.
In einer Ausbildung der Erfindung wird der Windungskörper der Drehfeder über einen Außendurchmesser oder Innendurchmesser des Blechnapfes geführt und gelagert. Die Drehfeder ist im Bereich der Nabe des Blechnapfes anzuordnen, was hilft den gegebenen Bauraum optimal zu nutzen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können Materialauswölbungen der Blechnapfe eine Abstützung für den Windungskörper einer Feder bilden. Dabei wird vorteilhafterweise auf zusätzliche Bauelemente, wie Stifte, Schrauben oder Niete verzichtet. Auch aufwändige, spanende Bearbeitungen können entfallen.
Zur Vermeidung von Undichtigkeiten können die Federenden Dichtelemente in Form von Gummischuhen aufweisen. Dies ist von Vorteil bei der Anordnung mit Durchgangsausnehmungen in den Blechnapfen, um einen öldichten Raum zu gewährleisten.
Durch den Einsatz von Blech bei Rotor und Stator weist der Nockenwellenversteller ein geringeres Gewicht auf. Zur anwendungsspezifischen Erhöhung der Steifigkeit können die Blechräume mit Metallschaum ausgeschäumt werden.
Die Blechnapfe sind vorteilhafterweise derart ineinander geschachtelt, dass zwischen den Flügeln beider Blechteile Arbeitskammern ausgebildet werden, die einen öldichten Raum immanent haben, welcher durch Beaufschlagung von Drucköl sein Volumen in die jeweilige Drehrichtung ändert. Dazu können auch zusätzliche Dichtdeckel zum Einsatz kommen.
Die Erfindung stellt somit eine Vielzahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten bereit, um die Federenden und sogar den Windungskörper vorteilhaft an Blechkomponenten zu lagern oder zu führen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:
1 einen Nockenwellenversteller
2 einen Blechrotor und einen Blechstator mit einer Drehfeder
3 eine Anordnung nach 1 ohne die Drehfeder
4 eine Detailansicht von 2
5 eine alternative Ausbildung zu 2
6 einen Blechstator und einem Blechrotor mit einer Drehfeder mit radialen Windungen
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Nockenwellenversteller 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3. Dabei sind Stator 2 und Rotor 3 aus Blech ausgebildet. Konzentrisch zum Stator 2 und Rotor 3 ist eine Feder 4 angeordnet. Der Stator 2 und der Rotor 3 bilden einen öldichten Raum, welche bei Druckbeaufschlagung eine Relativdrehung von Stator 2 zu Rotor 3 ausbildet. Die Feder 4 sichert die Bewegung in die Ausgangslage im drucklosen Betrieb des Nockenwellenverstellers 1.
2 zeigt eine Anordnung mit einem Stator 2 und einem Rotor 3. Stator 2 und Rotor 3 sind als Blechteile ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Ebenfalls konzentrisch zum Rotor 3 ist eine Feder 4 angeordnet. Die Feder 4 ist an einem Durchmesser 8 des Rotors 3 zentriert und geführt. Weiterhin weist die Feder 4 axial gerichtete Windungen und zwei Federenden 5, 6 auf. Eines der Federenden 5 erstreckt sich radial in einen Flügel 7 des Rotors 3. Das andere Federende 6 ist, wie in 4 gezeigt, an dem Stator 2 gelagert. Die Flügel 7 des Rotors 3 sind als Blechausformungen 12 ausgebildet. Dies wird durch die Ausbildung des Rotors 3 und des Stators 2 als Blech-Topf-Teile ermöglicht. Bei einer Verdrehung des Rotors 3 relativ zum Stator 2 wird die Feder 4 gespannt und stützt sich mit dem Federende 5 am Flügel 7 bzw. der Blechausformung 12 ab. Dadurch kann die Feder 4 im Rückstellfall ein der Hinwärtsbewegung entgegengesetztes Moment ausbilden und den Rotor 3 mit dem Stator 2 in die Ausgangslage nach 2 zurückstellen.
3 zeigt eine Anordnung nach 2 jedoch ohne die Feder 4. Dabei ist eine Blechausformung als axiale Durchgangsausnehmung 13 zu sehen. Die Durchgangsausnehmung 13 befindet sich im Boden des als Blechtopf ausgebildeten Rotors 3. In Umfangsrichtung folgt die Kontur der Durchgangausnehmung 13 dem Durchmesser 8. Durch diese Durchgangsausnehmung 13 kann nun ein Federende 6 gesteckt werden, welches an dem Stator 2 zur Anlage kommt.
4 zeigt die Detailansicht nach 2 und 3 mit Blick auf die Anlage des Federendes 6 am Stator 2. Dabei durchdringt das Federende 6 der Feder 4 die Durchgangsausnehmung 13 des Rotors 3 derart, dass bei einer Relativdrehung von Rotor 3 und Stator 2 die umfangsseitige Bewegung des Federendes 6 nicht gehindert wird. Dies wird durch die bereits in 3 erläuterte Ausbildung der Kontur der Durchgangsausnehmung 13 erreicht. Die Anlage des Federendes 6 am Stator 2 wird durch die Blechausformung 12 gebildet. Dabei ist die Blechausformung 12 als Nut oder Vertiefung ausgebildet. Das Federende 6 kann sich durch die Blechausformung 12 radial geringfügig bewegen.
5 zeigt eine Anordnung nach 2 mit dem Unterschied der Anlage des Federendes 5 im Flügel 7. Während in 2 das Federende 5 unmittelbar an einer Seitenwand des Flügels 7 anliegt, wobei der Anlagepunkt im Fußpunkt des Flügels 7 zum Durchmesser 8 gewählt wurde, ist im Flügel 7 eine spezielle Materialauswölbung 10 angeordnet. Die Materialauswölbung 10 ist hierbei als inverse Sicke oder als Noppen ausgebildet, wobei sich eine Sicke vorteilhafter auswirkt, denn das Federende 5 kann geringe axiale Bewegungen ausführen. Die Materialauswölbung 10 kann an jeder beliebigen radialen Position im Flügel 7 gewählt werden. Dabei können verschiedene Anforderungen an das Federverhalten realisiert werden.
6 zeigt eine Feder 4 mit radial gerichteten Windungen. Diese Feder 4 benötigt in axialer Richtung einen sehr geringen Bauraum. Ein Federende 6 der Feder 4 ist an einer Blechausformung 12 gelagert, während das andere Federende 5 an einer Blechausformung 12 eines weiteren Bauteils gelagert ist. Um die Windungen und damit auch die Feder 4 zu fixieren, sind Materialauswölbungen 11 vorgesehen, die die Feder 4 zentrieren und im Betrieb führen können. Dabei können mehrere solcher Materialauswölbungen 11 eingesetzt werden. Diese sind vorzugsweise als Noppen ausgebildet, können jedoch auch Blechlaschen o. ä. sein. Zum besseren Verschleißverhalten können diese Materialauswölbungen 11 mit einer reibungsmindernden Schicht versehen werden.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Stator
3: Rotor
4: Feder
5: Federende
6: Federende
7: Flügel
8: Durchmesser
9: Windungen
10: Materialauswölbung
11: Materialauswölbung
12: Blechausformung
13: Durchgangsausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7614372 [0003]

Claims

Nockenwellenversteller (1), welcher einen Stator (2), einen Rotor (3) und eine Feder (4) aufweist, wobei der Rotor (3) gegenüber dem Stator (2) einen Drehfreiheitsgrad besitzt, wobei der Rotor (3) gegenüber dem Stator (2) translatorisch fixiert ist, wobei der Rotor (3) mehrere Flügel (7) hat, wobei die Feder (4) den Rotor (3) rotativ gegen den Stator (2) verspannt und die Feder (4) einen Windungskörper (8) mit mehreren Federenden (5, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) und der Stator (2) jeweils als Blechumformteile ausgebildet sind und integrale Blechausformungen (12) zur Abstützung der Feder (4) aufweisen.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Federende (5, 6) in den Flügel (7) erstreckt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine integrale Blechausformung (12) als Durchgangsausnehmung (13) ausgebildet ist, wobei ein Federende (5, 6) durch die Durchgangsausnehmung (13) abgestützt wird.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine integrale Blechausformung (12) als Materialauswölbungen (10, 11) ausgebildet ist, wobei die Feder (4) durch die Materialauswölbungen (10, 11) abgestützt wird.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) einen Durchmesser (8) aufweist, durch den die Feder (4) geführt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federenden (5, 6) dichtend wirken.