Hydraulischer Nockenwellenversteller mit Federdeckel sowie Federdeckel mit integrierter Federaufnahme und variabler Federvor- Spannkraft

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Rotor und einem Stator, sowie mit einem relativ zum Stator verdrehsicher festgelegten Federdeckel, an dem sich eine mit dem Rotor zusammenwirkende Feder kraftübertragend abstützt.

Nockenwellenversteller, insbesondere hydraulische Nockenwellenversteller sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt, etwa aus der US 6 276 321 B1 . In modernen Verbrennungskraftmaschinen werden solche Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist der Nockenwellen- versteller in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann ein Zugmittel, wie einen Riemen- oder Kettentrieb aufweisen. Auch ein Zahnradtrieb lässt sich diesbezüglich einsetzen. Aus dem Stand der Technik ist ein Nockenwellenversteller bekannt, der eine Spiralfeder einsetzt, wobei die Spiralfeder einen radial abstehenden Abschnitt aufweist, der in eine Nut eingesetzt ist, die sich auf der Innenseite eines Deckels befindet. Diesbezüglich wird erneut auf die US 6 276 321 B1 verwiesen. Nockenwellenversteller mit Schraubenfedern sind ferner aus der US 7 503 294 B2 und der EP 1 365 1 12 A2 bekannt. Aus der DE 10 2006 002 993 A1 ist auch eine sehr ausfallsichere Nockenwel- lenverstellerausgestaltung für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, wobei jedoch die dort eingesetzte Spiralfeder über Vorsprünge und Zapfen gehaltert wird. Auch die aus der DE 103 51 223 B4 bekannte Lösung setzt auf das Eingreifen einer Spiralfeder in einen Vorsprung eines Gegenformschlusselementes, das separat von Stator und Deckel verwendet wird.

Aus der DE 10 2010 051 052 A1 ist auch ein Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbaren Stator bekannt. In dem Stator ist ein um eine Drehachse drehbar gelagerter Rotor enthalten. Es ist ebenfalls ein Dichtdeckel zur Leckage- Minimierung vorgehalten, sowie ein Federelement zur Positionierung des Rotors gegenüber dem Stator. Hierbei ist das Federelement über einen Federbü- gel in axialer Richtung am Dichtdeckel gehalten. Die Verwendung eines Federbügels bietet eine kostenneutrale und gewichtsreduzierte Möglichkeit zur zuverlässigen Positionierung des Rotors gegenüber dem Stator. Die bzgl. der Stator-Deckel-Einheit dort gezeigten Merkmale sollen hier als integriert gelten, werden jedoch nicht wiederholt.

Es ist bekannt, dass Rückstellfedern für das Bereitstellen von Rückstellmomenten bei hydraulischen Nockenwellenverstellern eingesetzt werden. Allerdings sind solche Rückstellfedern immer nur für eine oder zwei Kundenanwendungen, also für eine oder zwei spezielle Auslegungen einer Verbrennungskraft- maschine geeignet. Diese Rückstellfedern sind somit allgemein nicht mehrfach verwendbare Bauteile, also in unterschiedlichen Kraftfahrzeugen und an unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen. Für jede Anwendung muss eine neue Rückstellfeder ausgelegt und erprobt werden. Neben den Entwicklungs- kosten, die dann erhöht sind, kann je nach Anwendungsfall durch kleine Stückzahlen ein höherer Beschaffungspreis resultieren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu besei- tigen und einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Feder / Rückstellfeder zur Verfügung zu stellen, die eine Mehrfachverwendbarkeit mit sich bringt. Eine entsprechende konstruktive Gestaltung einer Federeinhängung im hydraulischen Nockenwellenversteller ist daher gewünscht. Es soll die Anwendbarkeit in unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen gewährleistet werden, die Entwicklungskosten reduziert werden, die Montagekosten niedrig gehalten werden und die Lebensdauer erhöht werden.

Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller dadurch gelöst, dass der Federdeckel über einen in dessen Umfangsrichtung wirkenden Kraftschluss relativ zum Stator un- verdrehbar positionsbestimmt ist. Vorteilhafte Ausführungsformen sind auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.

So ist es von Vorteil, wenn der Federdeckel direkt am Stator eine Verdrehung der zwei Bauteile zueinander verhindernd angebunden ist oder an einem Zu- satzelement, das am Stator verdrehsicher gehalten ist, eine Verdrehung des Federdeckels relativ zum Stator verhindernd angebunden ist. Der in Umfangsrichtung des Federdeckels oder des Stators wirkende Kraftschluss ist dann zwischen dem Federdeckel und dem Stator bzw. dem Federdeckel und einem Zusatzelement ausformbar. Die winkelfeste Lage von Stator und Federdeckel lässt sich in diesem Fall einfach realisieren. Die beiden Elemente sind dabei unverschieblich zueinander bezüglich einer Drehung um eine gemeinsame Rotationsachse fixiert. Ein einfach zu montierender hydraulischer Nockenwellenversteller bei gleichzeitig hoher Präzision im Betriebsfall ist dann die Folge. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Federdeckel, über eine Presspassung mit dem Stator oder mit einem am Stator festgelegten weiteren Deckel, wie einem Verriegelungsdeckel, gegen Rotation relativ zum Stator gesichert ist. Gerade sol- che Presspassungen können montagetechnisch einfach bewerkstelligt werden und bieten eine ausreichend hohe Sicherheit bei nur geringen Montagekosten.

Eine Zusatzsicherung lässt sich realisieren, wenn der Federdeckel zumindest eine radial nach innen weisende Schnappnase aufweist, die in axial rückhal- tendem Formschluss mit dem Stator oder dem Verriegelungsdeckel bringbar ist oder befindlich ist. Dabei ist die Axialrichtung durch die Längsachse und/oder Rotationsachse des Rotors bzw. des Stators festgelegt. Dazu senkrecht wird eine Radialrichtung verstanden. Der Rotor und der Stator haben eine gemeinsame Längsachse bzw. deren Rotationsachsen sind konzentrisch zueinander angeordnet. Auch eine Symmetrieachse des Federdeckels bzw. dessen Rotationsachse ist zu der jeweiligen Rotationachse von Rotor und Stator konzentrisch.

Es hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn mehrere, vor- zugsweise 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 oder 12 gleichverteilte Schnappnasen an einem sich in Längsrichtung des Nockenwellenverstellers erstreckenden hülsenartigen Abschnitts des Federdeckels befinden. Eine effiziente Rückhaltung des Federdeckels, also einer vom Stator weg wirkenden translatorischen Verschiebung des Federdeckels, kann dann wirkungsvoll entgegengewirkt werden, wobei die auftretenden Kräfte gleichmäßig aufgefangen werden können.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Federaufnahmen zum formschlüssigen Einhängen einer vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildeten Feder (Rückstellfeder) vorhanden ist/sind, die sich in Längsrichtung des Nockenwellenverstellers erstreckt/erstrecken. An zumindest einer dieser Federaufnahmen ist dann die Feder, d.h. die Rückstellfeder einhängbar, um die notwendige Rückstell kraft aufzubringen. Das Verwenden einer Spiralfeder ist für die Langlebigkeit auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen des hydraulischen Nockenwellenvers- tellers von Vorteil.

Für die Präzision des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist es zuträglich, wenn am Federdeckel ein Anschlag vorhanden ist, um eine Längsverschiebung des Federdeckels in Richtung des Stators zu begrenzen. Montagefehler lassen sich dadurch auch wirkungsvoll ausschließen.

Es ist dabei besonders zweckmäßig, wenn der Anschlag im Bereich des hül- senartigen Abschnitts des Federdeckels als radial nach innen weisende Nase ausgebildet ist, die in Anlage mit dem Verriegelungsdeckel bringbar ist oder gebracht ist.

Wenn zwischen dem Stator oder dem Verriegelungsdeckel einerseits und dem Federdeckel andererseits ein eine Verdrehung der jeweiligen zwei Bauteile zueinander verhindernder Formschluss vorhanden ist, so kann ein in Umfangs- richtung wirkendes Verdrehen der entsprechenden zwei Teile, also des Stators relativ zum Federdeckel bzw. des Verriegelungsdeckels relativ zum Federdeckel, ausgeschlossen werden und selbst Verschiebungen von unter einem Grad oder zwischen einem Grad und zehn Grad können vermieden werden. In diesem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Formschluss über das Zusammenwirken je einer in Längsrichtung ausgerichteten Nut mit einem Vorsprung sichergestellt ist, vorzugsweise einer Vielzahl über den Umfang des Stators oder des Verriegelungsdeckels gleichverteil- ter Nuten, in die je ein Vorsprung des Federdeckels eingreift. Natürlich ist auch möglich, dass die Nuten am Federdeckel vorhanden sind und die Vorsprünge am Stator oder dem Verriegelungsdeckel vorhanden sind. Durch diese Vielzahl von Formschlusselementen, wird die Verdrehung des Federdeckels relativ zum Stator oder zum Verriegelungsdeckel besonders wirkungsvoll ausgeschlossen, wobei die in Längsrichtung ausgerichteten Nuten besonders vorteilhaft für die Montage sind und gleichzeitig hohe Kräfte übertragen können. In diesem Zusammenhang hat sich auch ein Keilprofil für den Formschluss bewährt.

Die Formschlusselemente lassen sich auch nach Vormontage des Federde- ckels am Stator anbringen, bspw. durch danach stattfindendes Rollieren oder verformendes Bearbeiten der Außenseite der Federdeckel-Stator- / Verriegelungsdeckel-Kombination mit einem Bolzen von außen. Neben dem Rollieren und spanungslosen Umformen lassen sich auch andere geeignete Verfahren einsetzen. Es lässt sich auch auf eine stoffschlüssige Verbindung zurückgrei- fen, insbesondere auf eine, die durch Laserschweißen geschaffen wurde.

Während schon üblicherweise die Federn/Rückstellfedern an einem Federdeckel gegen ein zu starkes Aufschwingen im Betrieb oder einem Abrutschen von der Federhaltung gesichert sind, kann nun der Federdeckel für die Federein- hängung ebenfalls benutzt werden. Der Federdeckel enthält somit Aufnahmen für die Rückstellfeder. Weiterhin kann der Federdeckel in jedem beliebigen Winkel in Umfangsrichtung montiert werden. Dadurch kann man je nach Winkel des Federdeckels im Stator, die Rückstellfeder variabel vorspannen und somit mit einer einzigen Feder/Rückstellfeder in unterschiedlichen Anwendungen unterschiedliche Rückstellmomente darstellen. Gegen ein Verdrehen des Federdeckels im Betrieb kann dieser durch einen alternativen oder zusätzlichen Formschluss, z.B. mittels einer Nut in Axialrichtung, daran gehindert werden.

Am einfachsten Herzustellen ist eine Presspassung, die den Federdeckel in Position hält. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Federdeckel vom Winkel her frei positionierbar und somit die Rückstellfeder beliebig vorspannbar. Der Federdeckel wird durch eine Presspassung in Position gehalten. Ein unbeabsichtigtes Verdrehen im Betrieb wird durch Zusatzelemente, wie z.B. Nuten ausgeglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: einen erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller in einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt,

Fig. 2 den Nockenwellenversteller aus Fig. 1 in einer perspektivischen ungeschnittenen Darstellung,

Fig. 3 nur den Federdeckel mit darin montierter Rückstellfeder in einer perspektivischen Ansicht mit Blick von der Seite des Rotors und Stators, Fig. 4 eine Ansicht auf den Federdeckel mit darin verbauter Rückstellfeder in einer perspektivischen Ansicht mit Blick auf den Rotor und Stator, die jedoch nicht dargestellt sind,

Fig. 5 der Federdeckel, wie er in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, ohne darin eingesetzter Rückstellfeder in einer Darstellungsart wie aus Fig. 3 bekannt, und

Fig. 6 eine Ansicht auf nur den Federdeckel gemäß der Darstellungsart aus

Fig. 4.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Rotor 2 innerhalb eines Stators 3 auf. Der Stator 3 ist über eine Schraube 4 mit einem Zahnrad 5 verbunden. Das Zahnrad 5 ist kraftübertragend mit zumindest einer Kurbelwelle verbindbar.

Auf der dem Zahnrad 5 abgewandten Seite des Stators 3 ist eine Einpressmutter 6 in Wirkkontakt mit der Schraube 4 befindlich. Über diese Einpressmutter 6 wird ein Verriegelungsdeckel 7 am Rotor 2 bzw. am Stator 3 festgelegt. Ein topfartiger Federdeckel 8 weist eine Schnappnase 9 an einem dem Stator 3 zugewandten Ende 10 auf. Diese Schnappnase 9 ist zwar in der Figur 1 nicht zu erkennen, wohl aber in Figur 2. Zwischen diesem Ende 10 und dem Stator 3 ist eine Freistellung 1 1 , wie ein Leerraum vorhanden. Auf der rotorfernen Seite des Verriegelungsdeckels 7, weist dieser Verriegelungsdeckel 7 einen Bund 12 auf, der mit seiner Außenseite in Anlage mit dem Federdeckel 8 befindlich ist.

Der Federdeckel 8 weist zumindest eine Federaufnahme 13 auf, die als Zapfen 14 ausgebildet ist, und sich in Richtung des Stators 3, parallel zu einer Längsachse 15 des Nockenwellenverstellers 1 , also in Längsrichtung erstreckt. An dieser Federaufnahme 13 ist eine Feder 16, die als Rückstellfeder ausgebildet ist, nämlich als Spiralfeder ausgebildet ist, kraft- und/oder formschlüssig angebunden. Zwischen der Feder 16 und dem Verriegelungsdeckel 7 ist eine sich nur segmentartig über den Umfang erstreckend ausgeformte Distanzscheibe 17 aus Kunststoff vorhanden.

Der Stator 3 ist verdrehsicher am Federdeckel 8 befestigt, jedoch nicht über übliche Schraubenverbindungen, sondern über einen in Umfangsrichtung wir- kenden Kraftschluss. Dieser Kraftschluss wird über einen Presssitz erreicht, jedoch im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 nicht direkt mit dem Stator 3, sondern unter Zwischenschaltung des Verriegelungsdeckels 7. Zwischen dem Verriegelungsdeckel 7 und dem Federdeckel 8 herrscht somit eine Presspassung. Die Winkellage des Federdeckels 8 relativ zum Stator 3 kann dann bei der Montage präzise festgelegt werden, wobei in Abhängigkeit dieser Winkellage die Federkraft der als Rückstellfeder agierenden Feder 16 einstellbar ist. Es ist zwar nicht dargestellt, dass Formschlusselemente zusätzlich oder alternativ eingesetzt werden können, doch ist das Ausformen von Nuten, in welche dann formschlüssige Nasen greifen, durchaus möglich und mit Vorteilen behaftet.

Am Federdeckel 8 ist auch ein Anschlag 18 ausgebildet, der sich am Bund 12 des Verriegelungsdeckels 7 abstützt. Diese Anschläge 18, von denen es we- nigstens drei gibt, sind winkelverschoben zu den als Rastnasen agierenden Schnappnasen vorhanden.

Axial versetzt zu einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langloch in einer Längswand 20 des topfartigen Federdeckels 8 sind sog. Bandagen einteilig mit dem Federdeckel 8 verbunden ausgeformt und tragen das Bezugszeichen 21 . Diese Bandagen 21 sind entlang von Abkantungen 22 vorhandene Ausstellungen oder Ausbuchtungen. Sie sind für die Stabilität des Federdeckels und den Zusammenhalt des Federdeckels 8 mit dem Stator 3 bzw. dem Verriegelungsdeckel 7 von Vorteil.

Wie schon in Fig. 2, aber besonders gut in Fig. 3 und 5 zu erkennen ist, sind Abstützpunkte 23, nach Art von Zapfen 24 axial abstehend auf der Innenseite des Federdeckels 8 ausgebildet.

Wie besonders gut in Zusammenschau der Fig. 3 und 4 zu erkennen, verläuft die als Rückstellfeder agierende Spiralfeder zwischen dem Zapfen 24 und der Längswand 20 vorbei und stützt sich kraftübertragend an dem Abstützpunkt 23 ab.

Während ein erstes Ende 25 der Feder 16 an dem Zapfen 14 festgelegt ist, ist ein zweites Ende 26 der Feder 16 formschlüssig im Rotor festleg bar bzw. festgelegt. Während in den Fig. 3 und 4 der Federdeckel 8 mit darin festgestellter Rückstellfeder dargestellt ist, fehlt diese als Rückstellfeder agierende Feder 16 in den Darstellungen der Fig. 5 und 6.

Die Längswand 20 kann auch als hülsenartiger Abschnitt des Federdeckels 8 bezeichnet werden. Bezugszeichenliste

I Nockenwellenversteller

2 Rotor

3 Stator

4 Schraube

5 Zahnrad

6 Einpressmutter

7 weiterer Deckel / Verriegelungsdeckel

8 Federdeckel

9 Schnappnase

10 Ende

I I Freistellung

12 Bund

13 Federaufnahme

14 Zapfen

15 Längsachse

16 Feder

17 Distanzscheibe

18 Anschlag

19 Langloch

20 Längswand

21 Bandage

22 Abkantung

23 Abstützpunkt

24 Zapfen

25 erstes Ende der Feder

26 zweites Ende der Feder