DE10351223A1

DE10351223A1 - Nockenwellenverstelleinrichtung für Fahrzeuge, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10351223A1
Application number: DE10351223A
Authority: DE
Inventors: Guido Schneider
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: US20050115526A1; US7004129B2; DE10351223B4; CN100577991C; CN1699728A

Abstract

Die Nockenwellenverstelleinrichtung hat einen Stator und einen relativ zu ihm mittels eines Druckmediums verstellbaren Rotor. Mittels einer Rückholfeder können der Stator und der Rotor bei ausgeschaltetem Motor in eine Ausgangslage relativ zueinander verdreht werden. Die beiden Enden der Rückholfeder sind formschlüssig mit dem Rotor und dem Stator verbunden. DOLLAR A Damit mit der Rückholfeder zuverlässig die Ausgangslage von Stator und Rotor erreicht werden kann, weist das eine Federende eine Formprägung auf, die mit einem Gegenformschlußelement zusammenwirkt. Dadurch ist eine spielfreie Anbindung der Rückholfeder gewährleistet. Jeder Art der Bewegung des Federendes wird durch die Formprägung verschleißfrei abgefangen. DOLLAR A Die Nockenwellenverstelleinrichtung wird zur Veränderung der Winkellage zwischen einer Kurbel- und einer Nockenwelle eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung für Fahrzeuge, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Nockenwellenverstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen dienen dazu, durch eine Relativverdrehung zwischen Stator und Rotor die Winkellage zwischen Nocken- und Kurbelwelle zu verändern, um auf diese Weise die Ventilöffnungszeiten des Motors an den jeweiligen Leistungsbedarf anzupassen. Ist der Motor abgeschaltet, ist es für das Starten des Motors notwendig, daß der Stator und der Rotor eine vorgegebene Ausgangslage relativ zueinander einnehmen. Hierfür ist die Rückholfeder vorgesehen, die dafür sorgt, daß diese beiden Teile in die Ausgangslage zurückgedreht werden. Die Enden der Rückholfeder sind rotor- und statorseitig formschlüssig befestigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe, die gattungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung so auszubilden, daß mit der Rückholfeder zuverlässig die Ausgangslage von Stator und Rotor relativ zueinander erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Formprägung am einen Federende stellt einen Formschluß zwischen diesem Federende und dem Gegenformschlußelement her. Die Formprägung ermöglicht eine spielfreie Anbindung der Rückholfeder. Jede Art der Bewegung des Federendes wird durch die Formprägung verschleißfrei abgefangen. Dieses Federende kann eine minimale Relativbewegung zum Gegenformschlußelement ausführen, ohne daß unerwünschte Spannungen in der Rückholfeder auftreten.

Vorteilhaft wird das Federende mit der Formprägung durch wenigstens einen Stützkörper in Radialrichtung abgestützt, der nahe der Formprägung vorgesehen ist. Dieser Stützkörper verhindert das Auftreten eines nicht erwünschten Biegemomentes des Federendes. Der Stützkörper sorgt dafür, daß sich die Rückholfeder im Bereich dieses Federendes einwandfrei abstützen kann, so daß Biegemomente zwischen der Formprägung und dem anschließenden gebogenen Bereich der Federwicklung vermieden werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung,
2 in vergrößerter Darstellung eine Spiralfeder der Nockenwellenverstelleinrichtung gemäß 1,
3 eine Draufsicht auf einen die Spiralfeder enthaltenden Teil der Nockenwellenverstelleinrichtung gemäß 1.
Mit der Nockenwellenverstelleinrichtung wird während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine die Winkellage zwischen der Kurbel- und der Nockenwelle verändert. Durch Verdrehen der Nockenwelle werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, daß die Verbrennungskraftmaschine bei der jeweiligen Drehzahl ihre optimale Leistung bringt. Die Nockenwellenverstelleinrichtung ist nach dem Schwenkmotorprinzip aufgebaut und ermöglicht eine stufenlose Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Die Nockenwellenverstelleinrichtung hat einen zylindrischen Stator 1, der drehfest mit einem Antriebsrad 2 (3) verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Antriebsrad ein Riemenrad, über das ein Antriebsriemen geführt ist. Das Antriebsrad 2 kann aber auch ein Kettenrad sein, über das eine Kette als Antriebselement geführt ist. Über dieses Antriebselement und das Antriebsrad 2 ist der Stator 1 mit der Kurbelwelle in bekannter Weise antriebsverbunden.
Der Stator 1 und das Antriebsrad 2 können einstückig miteinander ausgebildet sein und aus metallischem Werkstoff oder auch aus hartem Kunststoff bestehen. Der Stator 1 hat einen zylindrischen Grundkörper 3, an dessen Innenseite radial nach innen in gleichen Abständen Flügel 4 abstehen. Zwischen benachbarten Flügeln 4 werden Druckräume 5 gebildet, in die, über Ventile gesteuert, Druckmedium eingebracht wird. Zwischen benachbarte Statorflügel 4 ragen Flügel 6, die radial nach außen von einem zylindrischen Grundkörper 7 eines Rotors 8 abstehen. Die Rotorflügel 6 unterteilen die Druckräume 5 zwischen den Statorflügeln 4 jeweils in zwei Druckkammern 9 und 10.
Die Statorflügel 4 liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der Außenmantelfläche des Rotorgrundkörpers 7 an. Die Rotorflügel 6 ihrerseits liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der zylindrischen Innenwand des Statorgrundkörpers 3 an.
Der Rotor 8 ist drehfest mit der (nicht dargestellten) Nockenwelle verbunden. Um die Winkellage zwischen der Nocken- und der Kurbelwelle zu verändern, wird der Rotor 8 relativ zum Stator 1 gedreht. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Druckmedium in den Druckkammern 9 oder 10 unter Druck gesetzt, während die jeweils anderen Druckkammern zum Tank hin entlastet werden.
Der Rotor und der Stator sind durch zwei Abdeckscheiben axial gesichert, von denen in 1 nur die eine Abdeckscheibe 11 dargestellt ist. Die beiden Abdeckscheiben begrenzen außerdem die Druckräume 5 zwischen den Statorflügeln 4 in Axialrichtung. Damit bei ausgeschaltetem Motor der Rotor 8 die für den Motorstart nötige frühe Auslaßnockenwellenstellung einnimmt, wird der Rotor 8 durch mindestens eine Rückholfeder 12 (2 und 3) in eine Ausgangslage gedreht. In dieser Ausgangslage erfolgt eine Verriegelung zwischen dem Rotor 8 und dem Stator 1 beispielsweise durch einen federbelasteten Kolben. Er kann in einem der Rotorflügel 6 untergebracht sein, der bei Druckabfall in der Nockenwellenverstelleinrichtung durch Federkraft in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, in der er in eine Verriegelungsöffnung des Stators eingreift. Beim Motorstart wird der Verrieglungsbolzen durch Druckmedium gegen die Federkraft belastet und zurückgeschoben, so daß der Rotor 8 vom Stator 1 entriegelt wird und die Nockenwellenverstelleinrichtung in ihre Regelstellung gelangen kann.
Die Rückholfeder 12 befindet sich in einem Federraum 13, der sich zwischen der einen Abdeckscheibe und einem Deckel befindet, der mit dem Stator 1 bzw. der Abdeckscheibe 11 fest verbunden ist. Die Rückholfeder 12 ist als Spiralfeder ausgebildet, die mit einem Ende 14 drehfest mit dem Rotor 8 verbunden ist. Das andere Federende 15 ist statorseitig festgelegt. Das Federende 15 ist mit einer Ausprägung 16 versehen, die konvex gekrümmt ist und an einer entsprechend ausgebildeten Ausformung 17 anliegt. Sie ist an einer zylindrischen Wandung 18 des Federraumes 13 vorgesehen. Die Wandung 18 ist drehfest mit dem Stator 1 bzw. dem Antriebsrad 2 verbunden. Die Ausprägung 16 liegt mit Abstand vom freien Ende der Spiralfeder 12. In der in 3 dargestellten Ausgangslage liegt diese konvexe Ausprägung 16 flächig an der konvexen Ausformung 17 an. Durch diese Prägung 16 am radial äußeren Federende 15 wird ein Formschluß zwischen der Ausformung 17 und der Rückholfeder 12 hergestellt. Jede Form der Bewegung des Federendes 15 wird durch die Ausprägung 16 verschleißfrei abgefangen. Das freie Federende 15 kann aufgrund der konvex gekrümmten Ausbildung eine geringe Relativbewegung zur Ausformung 17 bzw. zur Wandung 18 ausführen. Hierbei treten keine unerwünschten Spannungen in der Rückholfeder 12 auf.
Mit Abstand von der Ausformung 17 stehen vom Boden 19 des Federraumes 13 in Umfangsrichtung mit Abstand von der Ausformung 17 sowie mit Abstand voneinander zwei Vorsprünge 20 und 21 ab, die mit Abstand zur Wandung 18 liegen und an denen die äußere Wicklung 22. der Rückholfeder 12 mit geringem Abstand vom Federende 15 anliegt. Die beiden Vorsprünge 20, 21 bilden eine zusätzliche Abstützung der Rückholfeder 12 und verhindern ein nicht erwünschtes Biegemoment bei Beanspruchung der Rückholfeder. Vorteilhaft sind die Vorsprünge 20, 21 in Umfangsrichtung länglich ausgebildet und an die Kontur der Federwicklung 22 bzw. an den Radius angepaßt, so daß sich die Rückholfeder 12 gut an die Vorsprünge 20, 21 anlegen kann. Dadurch werden Biegemomente im Bereich zwischen der Ausprägung 16 und dem anschließenden Bereich der Federwicklung 22 vermieden.
Der radiale Abstand der Vorsprünge 20, 21 von der Wandung 18 ist größer als die Dicke der Federwicklung 22, so daß diese Abstand von der Wandung 18 hat. Der Vorsprung 21 ist außerdem in einem solchen Abstand zur Ausformung 17 der Wandung 18 vorgesehen, daß das Federende 16 trotz der konvexen Ausbildung der Ausprägung 16 sicher formschlüssig mit der Ausformung 17 verbunden ist.
Die Ausformung 17 bildet die Federanbindung und erstreckt sich nur über einen kleinen Winkelbereich. Die Vorsprünge 20, 21 liegen in einem Winkelbereich von weniger als 90°. Auch die Ausprägung 16 liegt in diesem Winkelbereich. Die Ausformung 17 ist vorteilhaft so gestaltet, daß sie mit ihrem radial am weitesten nach innen ragenden Bereich einen größeren Abstand von der Wandung 18 hat als der benachbarte Vorsprung 21. Dies hat zur Folge, daß das Federende 15 im Bereich zwischen dem Vorsprung 21 und der Ausformung 17 verspannt wird. Außerdem wird durch die Ausformung 17 erreicht, daß die äußere Wicklung 22 Abstand von der Wandung 18 hat, so daß eine Reibung zwischen der äußeren Federwicklung 22 und der Wandung 18 vermieden wird. Durch diesen Versatz des Federendes 15 in Richtung auf die Achse der Nockenwellenverstelleinrichtung wird außerdem ein Anliegen der Federwindungen verhindert, wodurch das Reibungsmoment der Rückholfeder 12 verringert wird.
Die Anlageseite der Vorsprünge 20, 21 ist vorteilhaft der Federkontur angepaßt, so daß sich die Rückholfeder 12 optimal an den Vorsprüngen 20, 21 anlegen kann. Dadurch wird das Entstehen eines Biegemomentes zwischen der Ausformung 17 und den Vorsprüngen 20, 21 verhindert.
Die beschriebene Anbindung des Federendes 15 an die Wandung 18 hat den Vorteil, daß eine maximal zur Verfügung stehende Drahtlänge der Rückholfeder 12 eingesetzt werden kann. Die Lebensdauer der Rückholfeder 12 wird erhöht. Außerdem kann das Federmoment über den Verstellbereich gleichmäßig gestaltet werden. Schließlich wird der Wirkungsgrad der Rückholfeder 12 erhöht.
Aufgrund der beschriebenen Ausbildung ergeben sich auch für die Herstellung der Rückholfeder 12 Vorteile. Aufgrund der Prägung 16 am Federende 15 kann Material eingespart werden. Bei herkömmlichen Rückholfedern, bei denen dieses Ende rechtwinklig abgewinkelt ist, ist mehr Material für die Rückholfeder notwendig.
Der Einbau der Rückholfeder 12 ist problemlos möglich, da das Federende 16 aufgrund der Ausprägung 16 nicht mit hoher Genauigkeit montiert werden muß.
Die Anbindung der Rückholfeder 12 statorseitig kann nicht nur über die Ausformung 17 der Wandung 16 erfolgen, sondern beispielsweise auch durch Verwendung von Stiften, Bolzen und dergleichen, die im Boden 19 des Federraumes 13 stehend befestigt sind. Die Stifte, Bolzen und dergleichen haben ebenfalls eine konvex gekrümmte Außenseite, so daß in gleicher Weise, wie anhand von 3 beschrieben, das Federende 15 mit seiner Ausprägung 16 an diesen Stiften, Bolzen und dergleichen angebunden werden kann.

Claims

Nockenwellenverstelleinrichtung für Fahrzeuge, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, mit einem Stator und einem relativ zu ihm mittels eines Druckmediums verstellbaren Rotor sowie mit einer Rückholfeder, die in einem Federraum untergebracht ist, mit der der Stator und der Rotor bei ausgeschaltetem Motor in eine Ausgangslage relativ zueinander verdrehbar sind und deren beide, dem Rotor und dem Stator zugeordneten Enden formschlüssig gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Federende (15) eine Formprägung (16) aufweist, die mit einem Gegenformschlußelement (17) zusammenwirkt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formprägung (16) konvex gekrümmt. verläuft.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formprägung (16) am radial äußeren Teil der Rückholfeder (12) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder (12) eine Spiralfeder ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenformschlußelement (17) statorseitig vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenformschlußelement (17) an einer Wandung (18) des Federraumes (13) vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenformschlußelement (17) eine konvex gekrümmte Außenseite hat.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenformschlußelement (17) ein verformter Abschnitt der Wandung (18) des Federraumes (13) ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Abschnitt (17) konvex gekrümmt verläuft.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Federende (15) benachbart zur Formprägung (16) an wenigstens einem Stützkörper (20, 21) in Radialrichtung abgestützt ist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (20, 21) ein von einem Boden (19) des Federraumes (13) abstehender Vorsprung ist.
Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfeder (12) flächig an der Außenseite des Stützkörpers (20, 21) anliegt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung der Rückholfeder (12) zwei mit Abstand voneinander liegende Stützkörper (20, 21) vorgesehen sind.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stützkörper (20, 21) gleich ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stützkörper (20, 21) in einem Winkelbereich von kleiner als 90° vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stützkörper (20, 21) und die Formprägung (16) in einem Winkelbereich von kleiner als 90° vorgesehen sind.