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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Rotor, beispielsweise einen zwei- oder dreiteiligen Rotor, für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, mit einem Rotorhauptkörper, der drehfest und axialfest mit einem ersten Rotornebenkörper verbunden ist, wobei der Rotorhauptkörper und der erste Rotornebenkörper zusammen zumindest einen Hydraulikmittelleitkanal ausbilden, wobei konzentrisch des Rotorhauptkörpers und des ersten Rotornebenkörpers auf der radialen Innenseite der beiden Bauteile ein zweiter, ringartig ausgebildeter Rotornebenkörper angeordnet ist.
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Der Rotorhauptkörper könnte auch als Zentralkörper oder Topfkörper bezeichnet werden. Der Hydraulikmittelleitkanal könnte auch als Ölkanal bezeichnet werden, wenn als Hydraulikmittel Drucköl / Öl eingesetzt ist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits mehrteilige Rotoren für hydraulische Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps bekannt. So werden beispielsweise Rotorhälften mit Stiften verbunden und/oder gesintert. Es ist bekannt, zwei Rotorkunststoffteile auf einem Stahlträger zu montieren und zwei Rotorteile, die daran gefügt werden, zusätzlich zu verkleben. Auch können Rotorteile durch aufeinander angepasste Geometrien ineinander verschachtelt eine Verbindung sicherstellen. Ferner ist es möglich, zwei Rotorhälften vorzusehen, die durch Sinterfacetten Ölkanäle abdichten. Es ist auch bekannt, den Rotor als ein Verbundsystem auszugestalten, wobei ein Rotorkern zuzüglich einer Abdeckung Ölkanäle ausbildet. Das Nutzen von Formschluss und Presspassung bei Ölkanälen ist grundsätzlich ebenfalls bekannt.
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So offenbart beispielsweise die
DE 10 2009 031 934 A1 einen Nockenwellenversteller, mit einem Stator und einen im Stator angeordneten Rotor, welcher Flügel aufweist, die jeweils in einer zwischen dem Stator und dem Rotor gebildeten Kammer angeordnet sind, wobei die Flügel ihre jeweilige Kammer in zwei Teilkammern aufteilen und wobei jeder Teilkammer über Ölkanäle Drucköl zuführbar und aus jeder Teilkammer Drucköl abführbar ist, sodass durch das Drucköl ein Drehmoment auf den Rotor ausübbar ist. Der Rotor ist durch die vorstehende Konfiguration drehbar und zur Nockenwellenverstellung einstellbar, wobei der Rotor aus einem metallischen Grundgerüst aufgebaut ist, welches axial benachbart eine Verkleidung aus Kunststoff aufweist, in der mindestens einer der Ölkanäle gebildet ist.
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Aus der
WO 2010/128976 A1 ist auch ein zweiteiliger Rotor bekannt, der ein zu einem Flügel ausbildenden Hauptkörper konzentrisches Hülsenteil aufweist, wobei in dem Hülsenteil die als Ölkanäle ausgebildeten Hydraulikmittelleitkanäle vorhanden sind.
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Ein weiterer hydraulischer Nockenwellenversteller ist auch aus der
DE 10 2008 028 640 A1 bekannt. Dort wird ein hydraulischer Nockenwellenversteller beschrieben, und zwar mit einem antreibbaren Außenkörper, der zumindest eine Hydraulikkammer aufweist, und einen innenliegend zum Außenkörper angeordneten Innenkörper, der mit einer Nockenwelle fest verbindbar ist und mindestens einen Schwenkflügel aufweist, der sich in radialer Richtung in die Hydraulikkammer erstreckt und damit die Hydraulikkammer in eine erste Arbeitskammer und eine zweite unterteilt. Der Innenkörper weist dabei ferner zumindest eine Ölzulauf- und eine Ölablaufleitung auf, die sich von einer Mantelinnenseite zu einer Mantelaußenseite des Innenkörpers bis zu einer der beiden Arbeitskammern erstreckt. Der Innenkörper ist dabei zumindest mit einem ersten Element und einem zweiten Element zusammengefügt, wobei die beiden Elemente an einander zugewandten Stirnseiten jeweils eine solche Geometrie aufweisen, die zusammen mit dem jeweils anderen Element die Ölzulauf- und Ölablaufleitung des Innenteils bildet.
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Ein mehrteiliger, gefügter Rotor für hydraulische Nockenwellenversteller mit Fügedichtprofilen ist auch aus der
DE 10 2011 117 856 A1 bekannt. Die dortige Nockenwellenverstelleinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen und ein Verfahren zu deren Herstellung betrifft ein Statorrad und ein mit dem Statorrad zusammenwirkendes Rotorrad. Das Statorrad ist um eine Rotationsachse rotierend angetrieben, wobei das Rotorrad mit einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist, wobei ferner das Statorrad radial nach innen weisende Statorflügel aufweist, zwischen denen sich am Rotorrad angeordnete, radial nach außen weisende Rotorflügel erstrecken (die Flügelzellen definieren), sodass zwischen den Statorflügeln und den Rotorflügeln Fluidkammern / Arbeitskammern A und B gebildet sind, die durch Fluidkanäle mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind, wobei das Rotorrad einen ersten Teilkörper und einen zweiten Teilkörper aufweist, wobei eine Fügefläche des ersten Teilkörpers und eine Fügefläche des zweiten Teilkörpers miteinander gefügt sind und wobei in wenigstens einer der beiden Fügeflächen Vertiefungen eingebracht sind, um die Fluidkanäle zumindest abstandsweise zu bilden. Um eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Rotorrad zu schaffen, das aus zwei Teilkörpern gebildet ist und die miteinander verfügbar sind, ist in der besagten Druckschrift vorgesehen, dass die Fluidkanäle abgedichtet sind und dass eine definierte Anlage der aufeinander gebrachten Fügeflächen geschaffen ist.
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Ein Nockenwellenversteller, der nach dem Schwenkmotorprinzip arbeitet, das bedeutet, sich in einem gewissen Winkel vor- und zurückbewegen kann, umfasst in der Regel einen Stator und einen Rotor, wie beispielsweise auch in der
EP 1 731 722 A1 gefordert. Der Rotor selber ist dabei als Verbundsystem aus wenigstens zwei Komponenten geschaffen. Eine der Komponenten ist eine Abdeckung. Eine andere Komponente des Verbundsystems kann als Rotorkern bezeichnet werden. Die Abdeckung wird auf den Rotor gelegt.
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Ein weiterer hydraulischer Nockenwellenversteller ist aus der
WO 2009/1252987 A1 bekannt.
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Als besonders belastbarer Rotor, der einfach zu fertigen ist, hat sich auch der Rotor der
DE 10 2009 053 600 A1 herausgestellt. Dort wird ein Rotor vorgestellt, insbesondere für einen Nockenwellenversteller, umfassend einen Rotorgrundkörper, der ein Nabenteil mit einer zentralen Ölzuführung aufweist. Im Nabenteil ist zumindest ein am Nabenteil radial angeordneter Flügel so wie durch das Nabenteil beidseitig eines im Flügels verlaufender, mit der zentralen Ölzuführung strömungstechnisch verbundener Ölkanal vorgesehen. Die Herstellung des Rotorgrundkörpers wird wesentlich vereinfacht, indem der Rotorgrundkörper entlang einer Teilungsebene geteilt ist, sodass er aus zwei Grundkörperteilen zusammengesetzt ist. Es werden Zapfen oder Stifte eingesetzt, um die beiden Rotorhälften miteinander zu verbinden. Die Zapfen werden dabei an einem der beiden Rotorhälften ausgebildet und greifen dann in Ausnehmungen der anderen Rotorhälfte.
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Die bisherigen Lösungen haben jedoch Nachteile in puncto Kosten, etwa durch das zur Verfügung stellen von Verbindungsstiften oder die Notwendigkeit des Vorhaltens einer zusätzlichen oder ausschließlichen Verklebung. Auch sind häufig Gefahrenstoffe betroffen, die jedoch vermieden werden sollen. Auch stellt sich häufig heraus, dass die erhaltene Verbindung für Anforderungen des Kunden nicht robust genug ist. Ferner treten bei der Verwendung von bisher an bestimmten Stellen üblichen Längspressverbänden Bauteilinformationen auf, die aber vermieden werden sollen. Auch besteht immer ein Risiko der Klemmung des Rotors im Stator. Die bisherigen Lösungen sind auch nicht ausreichend gegen Leckage gesichert. Ferner können Risse oder andere Bauteilschäden im Betrieb auftreten, die zu einem Ausfall des hydraulischen Nockenwellenverstellers führen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgestellten Nachteile zu beseitigen oder zumindest zu mindern. Insbesondere soll eine kostengünstige und einfach zu fertigende Rotorvariante vorgestellt werden, die auch besonders langlebig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rotor erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zweite Rotornebenkörper axial- und drehfest an dem Rotorhauptkörper und/oder an dem ersten Rotornebenkörper festgelegt ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn zum Axial- und Drehfestlegen ein Pressverband, etwa ein Längspressverband, und/oder eine Verstemmung eingesetzt ist. Auf diese Weise wird der Hydraulikmittelfluss, ergo der Ölfluss im Inneren des Rotors, insbesondere an der radialen Innenseite des Rotorhauptkörpers und des ersten Rotornebenkörpers gesteuert.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotornebenkörper als Ölleitung/Ölleitring so ausgestaltet ist, dass er axial von zwei Seiten des Ölleitringes zugeführtes Öl zu unterschiedlichen Hydraulikmittelleitkanälen (A und B) leitet, beziehungsweise in den Ölrücklauf zurückführbar ist, (z.B. bei Entlüftung einer Verriegelungsbohrung oder eines C-Kanals bei einer Mittenverriegelung), wobei das Öl von der einen Seite des Ölleitringes nur dem einen Hydraulikmittelleitkanal (A) und das Öl von der anderen Seite des Ölleitrings nur dem anderen Hydraulikmittelleitkanal (B) zugeführt ist. Eine besonders kompakte Rotorausgestaltung wird dadurch ermöglicht.
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Es ist zweckmäßig, wenn der eine und der andere Hydraulikmittelleitkanal zum Befüllen unterschiedlicher Arbeitskammern (A oder B) einer Flügelzelle in einer gemeinsamen, durch das Zusammenstoßen der Stirnflächen des Rotorhauptkörpers und des ersten Rotornebenkörpers definierten, senkrecht zur Axialrichtung ausgerichteten Trennungsebene verlaufen. Dabei können mehrere Hydraulikmittelleitkanäle unterschiedliche gleichartige Arbeitskammern, also Arbeitskammern A oder Arbeitskammern B, befüllen. Ein effizientes Funktionieren des Rotors, auch unter hohen Belastungen, ist somit sichergestellt.
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Es ist von Vorteil, wenn der Ölleitring in entgegengesetzte (Axial-)Richtungen offene Ölleittaschen aufweist, die sich vorteilhafterweise über den Umfang des Ölleitrings verteilen und sich aneinander anschließend abwechseln.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Gruppe aus Rotorhauptkörper, erstem Rotornebenkörper und zweitem Rotornebenkörper unterschiedliche Werkstoffe, Dichte, Härte und/oder Porositäten aufweist. Ferner ist es möglich, dass das jeweilige Bauteil aufgrund eines Kalibrierprozesses lediglich auf der Außenoberfläche verdichtet wird, derart, dass dort in einer begrenzten Schicht keine oder so gut wie keine Porosität mehr vorhanden ist und die Härte erhöht ist.
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In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist als besonders günstig festgestellt worden, wenn der Werkstoff ein metallischer und/oder keramischer Sinterwerkstoff ist. Ferner kann als Werkstoff ein reiner oder mit Sintermaterial durchsetzter Kunststoff, eine Stahllegierung oder eine Leitmetalllegierung eingesetzt sein.
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Um die Belastbarkeit zu erhöhen, ist es von Vorteil, wenn alle oder wenigstens zwei Bauteile der Gruppe aus Rotorhauptkörper, erstem Rotornebenkörper und zweitem Rotornebenkörper miteinander verstiftet sind, wobei vorteilhafterweise die Stifte in Axialrichtung ausgerichtet sind und kleiner als die in Axialrichtung gemessene gesamte Rotorbreite sind oder länger sind, wobei sie dann als Federeinhängestifte dienen.
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Vorteilhafterweise werden drei der zur Verstiftung eingesetzten Stifte als Federeinhängestifte genutzt und stehen über die gleiche Stirnfläche des Rotorhauptkörpers auf der vom zweiten Rotornebenkörper abgewandten Seite über.
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Wenn der Rotorhauptkörper oder der erste Rotornebenkörper integrale Vorsprünge und Ausnehmungen aufweist, die ineinander form- und/oder kraftschlüssig eingreifen, so kann eine besonders belastbare und schnell zu montierende Rotorvariante erreicht werden.
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Es ist von Vorteil, wenn der zweite Rotornebenkörper einen Verdrehsicherungsabschnitt aufweist, etwa nach Art einer radial nach außen weisenden Erhebung oder einer radial nach außen weisenden Vertiefung, die mit einem gegengleichen Verdrehsicherungsabschnitt zur Verdrehverhinderung des zweiten Rotornebenkörpers relativ zum Rotorhauptkörper oder zum ersten Rotornebenkörper zusammenwirkt.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verdrehsicherungsabschnitte auf genau gegenüberliegenden Seiten des zweiten Rotornebenkörpers ausgebildet sind, nämlich auf einer radialen Außenseite / am Außenumfang, und dabei um genau 180° oder weniger als 180°, etwa 110° oder 120°, versetzt sind.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehsicherungsabschnitt an eine Stirnfläche des zweiten Rotornebenkörpers grenzt.
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Die Erfindung wird auch nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der eine gewisse Anzahl an Ausführungsbeispielen in Varianten dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen mehrteiligen Rotors nach einer ersten Ausführungsform unter Nutzung eines Längspressverbandes zwischen dem zweiten Rotornebenkörper und wenigstens einem der Bauteile aus Rotorhauptkörper und erstem Rotornebenkörper,
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2 eine Explosionsdarstellung des Rotors aus 1,
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3 eine geschnittene Darstellung des in 1 perspektivisch wiedergegebenen Rotors 1,
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4 eine Vergrößerung des Bereichs IV aus 3 mit dort vorhandenem zweiten Rotornebenkörper,
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5 eine Variante eines weiteren mehrteiligen Rotors in einer Explosionsdarstellung,
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6 eine singuläre Darstellung des zweiten Rotornebenkörpers angrenzend an einen der Bauteile aus Rotorhauptkörper und ersten Rotornebenkörper,
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7 eine Seitenansicht auf den Rotor aus 5,
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8 einen Querschnitt durch den Rotor aus 7 entlang der Linie VIII,
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9 eine Vergrößerung des Bereiches IX aus 8,
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10 eine Variante eines Rotors in einer Explosionsdarstellungen von unten,
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11 den Rotor aus 10 in einer Explosionsdarstellung,
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12 eine perspektivische Darstellung des Zusammenbaus des Rotors der 10 und 11 in einer Ansicht von unten, und
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13 der zusammengesetzte Rotor aus 11 in einer perspektivischen Darstellung von oben.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale eines Ausführungsbeispiels können auch auf ein anderes Ausführungsbeispiel übertragen werden, sind also untereinander austauschbar.
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In 1 ist ein mehrteiliger Rotor 1 dargestellt, der zum Einsatz in einem hydraulischen Nockenwellenversteller einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist. Er weist einen Rotorhauptkörper 2 und einen ersten Rotornebenkörper 3 auf. Wie insbesondere in den 2 bis 4 gut zu erkennen ist, wird ferner ein zweiter Rotornebenkörper 4 eingesetzt.
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Der Rotorhauptkörper 2 und der erste Rotornebenkörper 3 sind so konturiert, dass sie beim in Kontakt gelangen ihrer aufeinander zu gerichteten Stirnseiten Hydraulikmittelleitkanäle 5 ausbilden. Die Hydraulikmittelleitkanäle 5 sind zum Zuführen und/oder Abführen von Hydraulikmittel, wie Öl, zu Arbeitskammern A und B einer Flügelzelle vorbereitet. Eine Flügelzelle wird durch den Rotor 1 und einen nicht dargestellten Stator zwischen zwei Flügeln 6 definiert. Durch einen radial nach innen stehenden Vorsprung wird die Flügelzelle in die Arbeitskammern A und B unterteilt.
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Am radial abstehenden Ende der Flügel 6 können Nuten 7 vorgehalten sein, in die Dichtmittel, wie elastische Membranen einsetzbar sind. In wenigstens einem der Flügel 6, hier jedoch in zwei Flügel 6 sind in Axialrichtung ausgerichtete Löcher vorgesehen, um einen Verriegelungspin oder zwei Verriegelungspins aufzunehmen. Es sind auch Fixierlöcher 9 vorhanden, in die die Stifte, beispielsweise die in 5 dargestellten Stifte 10, einsetzbar sind.
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Unter Vorgriff auf 5 sei ausgeführt, dass die Stifte 10 entweder als Federeinhängestifte 11 oder als ausschließlich der Verbindung dienende Kurzstifte 12 ausgestaltet sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, drei Federeinhängestifte 11 mit einem Kurzstift 12 zu verwenden, wobei der Kurzstift 12 nur 80% bis 40% der Länge des Federeinhängestiftes aufweist, in jedem Fall aber kürzer als die Breite des Rotors 1, in Axialrichtung gemessen, ist.
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Zurückkommend auf 2 sei bereits jetzt erläutert, dass der als Ölleitring 13 ausgebildete zweite Rotornebenkörper 4 über einen Pressverband, nämlich einen Längspressverband, an dem Rotorhauptkörper 2 und/oder dem ersten Rotornebenkörper 3 festgelegt ist.
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Die radiale Außenseite des Ölleitringes 13 hat eine wellenförmige Außenkontur, wobei die Wellen auch eckig ausgestaltet sein können, derart, dass Ölleittaschen 14 durch radial abstehende Rippen 15 definiert sind. Die Ölleittaschen 14 sind über den Umfang gesehen abwechselnd nach oben oder unten offen, d.h. in die eine oder andere Axialrichtung geöffnet. Sie sind zum Leiten von Hydraulikmittel, wie Öl, an die Hydraulikmittelleitkanäle 5 vorgesehen, wobei alle Hydraulikmittelleitkanäle 5 in ein und derselben Trennungsebene zwischen dem Rotorhauptkörper 2 und dem ersten Rotornebenkörper 3 angeordnet sind. Die Trennungsebene ist als Transversalebene zu bezeichnen und steht senkrecht auf der Mittelachse, welche in Axialrichtung ausgerichtet ist.
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Es ist möglich, dass der Rotorhauptkörper 2 oder der erste Rotornebenkörper 3 integrale Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweist, die form- und/oder kraftschlüssig in entsprechende Gegenkonturen des an die Stirnfläche angrenzenden anderen Bauteils eingreifen. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu der Verstiftung verwendet werden.
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Auf Verschweissungen, insbesondere Laserverschweissungen, lässt sich verzichten, insbesondere wenn der Ölleitring 13 unter Zwangs-Kaltumformung in das Innere des Rotorhauptkörpers 2 und des ersten Rotornebenkörpers 3 eingefügt ist.
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In den 3 und 4 ist der eingepresste Zustand des Ölleitringes 13 in die zwei Rotorhälften ausbildenden Bauteile aus Rotorhauptkörper 2 und erstem Rotornebenkörper 3 visualisiert. Zwischen diesen drei Einzelbauteilen kann auch eine Verstemmung vorhanden sein oder mehrere voneinander getrennte Verstemmungen vorhanden sein.
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Während in 5 der Gesamtzusammenbau des Rotors 1 unter Hinzunahme dreier Federeinhängestifte 11 und eines Kurzstiftes 12 dargestellt ist, ist in 6 nur die Verbindung des zweiten Rotornebenkörpers 4 mit dem ersten Rotornebenkörper 3 zu erkennen. Der Rotorhauptkörper 2 ist hier nicht dargestellt, kann aber auch an die Stelle des ersten Rotornebenkörpers 3 treten oder hinzukommen. Wie auch in den 8 und 9 angedeutet, weist der Ölleitring 13 Verdrehsicherungsabschnitte 16 auf, die in gegengleiche Verdrehsicherungsabschnitte 17 greifen. Die Schnittebene für die Darstellung in 8 und 9 ist in 7 gekennzeichnet.
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Die beiden Verdrehsicherungsabschnitte 16 sind sich gegenüberliegend auf den Außenseiten des Ölleitringes 13 ausgebildet, also um 180° zueinander versetzt.
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In den 10 bis 13 ist eine weiterentwickelte Form eines Rotors 1 dargestellt, wobei hier radial außerhalb der Löcher 8 von den Flügeln 6 zusätzlich Zapfen 18 vorhanden sind, die in gegengleiche Aufnahmelöcher 19, nach Art von Sacklöchern in den Flügeln 6 des anderen Bauteils eingreifen, so dass der in den 12 und 13 dargestellte zusammengebaute Zustand erreicht ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in den 10 bis 13 wird auf eine Verstiftung, die separate Stifte 10 einsetzt, verzichtet, da die Zapfen 18 integrale Bestandteile entweder des Rotorhauptkörpers 2 oder des Rotornebenkörpers 3 sind, so dass die Aufnahmelöcher 19 entweder im ersten Rotornebenkörper 3 oder dem Rotorhauptkörper 2 enthalten sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Rotorhauptkörper
- 3
- erster Rotornebenkörper
- 4
- zweiter Rotornebenkörper
- 5
- Hydraulikmittelleitkanal
- 6
- Flügel
- 7
- Nut
- 8
- Loch
- 9
- Fixierloch
- 10
- Stift
- 11
- Federeinhängestift
- 12
- Kurzstift
- 13
- Ölleitring
- 14
- Ölleittasche
- 15
- Rippe
- 16
- Verdrehsicherungsabschnitt
- 17
- Verdrehsicherungsgegenabschnitt
- 18
- Zapfen
- 19
- Aufnahmeloch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009031934 A1 [0004]
- WO 2010/128976 A1 [0005]
- DE 102008028640 A1 [0006]
- DE 102011117856 A1 [0007]
- EP 1731722 A1 [0008]
- WO 2009/1252987 A1 [0009]
- DE 102009053600 A1 [0010]
