AT524197A1

AT524197A1 - Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenverstellers

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Publication number: AT524197A1
Application number: ATA50708/2020A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sinter Austria Gmbh
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2022-03-15
Also published as: DE102021119625A1; CN114087048A; US20220056818A1; US11629619B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenverstellers (1) umfassend einen Stator (6) und einen relativ zum Stator (6) verdrehbaren Rotor (7), wobei der Stator (6) und der Rotor (7) mit ersten Planflächen (33, 35) an einer ersten Stirnfläche (34, 36) und mit zweiten Planflächen (39, 40) an einer zweiten Stirnfläche, die in einer Axialrichtung (21) betrachtet der ersten Stirnfläche (34, 36) gegenüberliegend ausgebildet wird, hergestellt werden und wobei der Rotor (7) und/oder der Stator (6) nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird oder werden. Die ersten Planflächen (33, 35) und die zweiten Planflächen (39, 40) des Stators (6) und des Rotors (7) werden geschliffen oder finiert, und die Mantelfläche (10) des Stators (6) und die Mantelfläche (15) des Rotors (7) werden unkalibriert belassen.

Description

zahnung des Stators.

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überliegend angeordnet ist.

Zudem betrifft di Erfindung einen einstückigen Rotor für einen Nockenwellenversteller aus einem Sinterwerkstoff, umfassend einen Rotorgrundkörper, der von einer radial äußeren Mantelfläche radial nach außen vorragende Flügel aufweist, wobei der Rotor erste Planflächen an einer ersten Stirnfläche und zweite Planflächen an einer zweiten Stirnfläche aufweist, die in einer Axialrichtung betrachtet der

ersten Stirnfläche gegenüberliegend angeordnet ist.

Der Erfindung betrifft auch einen Nockenwellenversteller, insbesondere hydraulischer Nockenwellenversteller, umfassend einen Stator und einen Rotor, wobei der

Rotor zumindest teilweise innerhalb des Stators angeordnet ist.

Nockenwellenversteller dienen bekanntlich der Anpassung der Ventilöffnungszeiten, um damit eine höhere Effizienz eines Verbrennungsmotors zu erreichen. Sie sind in verschiedensten Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Ein hydraulischer Nockenwellenversteller umfasst einen Stator, in dem ein Rotor angeordnet ist. Der Rotor ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Der Stator, der mit der Kurbelwelle verbunden ist, weist radial nach innen vorragende Stege auf, die Anschlagflächen für die Flügel des Rotors bilden. Somit kann der Rotor

nur in einem vordefinierten Winkelbereich relativ zum Stator verdreht werden.

Es ist in diesem Zusammenhang auch bekannt, zumindest Teile eines Nockenwellenverstellers aus Sinterwerkstoffen pulvermetallurgisch herzustellen. So beschreibt z. B. die DE 10 2013 226 444 A1 einen Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Flügelzellentyp, mit einem Stator und ei-

nem relativ zu dem Stator verdrehbaren, aus mehreren miteinander verbundenen

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metrisch eingestellt ist.

Die DE 10 2013 015 677 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterteils mit hochgenauer radialer Präzision, wobei das Sinterteil aus wenigstens einem ersten Sinterfügeteil und einem zweiten Sinterfügeteil hergestellt wird, und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst: Fügen des ersten Sinterfügeteils mit dem zweiten Sinterfügeteil, Herbeiführen der hochgenauen radialen Präzision, aufweisend ein Verformen von wenigstens einem Radialverformungselement, das bevorzugt an einer Fügekontaktzone angrenzend positioniert ist, wobei das Verformen des Radialverformungselements wenigstens mittels eines Kalibrierwerkzeugs bewirkt wird und zumindest im Wesentlichen als plastische

Verformung des Radialverformungselements erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung eines

hydraulischen Nockenwellenverstellers zu vereinfachen.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass die ersten Planflächen und die zweiten Planflächen des Stators und des Rotors geschliffen oder finiert werden, und dass die Mantelfläche

des Stators, insbesondere der Statorgrundkörper zu Gänze, und die Mantelfläche

des Rotors, insbesondere der Rotorgrundkörper zu Gänze, unkalibriert belassen

werden.

Weiter wird die Aufgabe bei dem eingangs genannten Stator dadurch gelöst, dass die ersten Planflächen und die zweiten Planflächen des Stators geschliffen oder finiert sind, und dass die Mantelfläche, insbesondere der gesamte Statorgrundkör-

per, unkalibriert ist.

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torgrundkörper, unkalibriert ist.

Die Aufgabe wird auch mit dem eingangs genannten Nockenwellenversteller ge-

löst, bei dem der Stator und/oder der Rotor erfindungsgemäß ausgebildet sind.

Von Vorteil ist dabei, dass durch die Vermeidung des Kalibrierschrittes ein Verfahrensschritt eingespart werden kann, da das Schleifen der Planflächen nach einer Ausführungsvariante auch gleichzeitig ausgeführt werden kann. Beim Kalibrieren wird das gesinterte Bauteil in einer Kalibriermatrize einem hohen Druck ausgesetzt, sodass Bauteilungenauigkeiten aufgrund der Präzision der Kalibriermatrize abgeschwächt bzw. beseitigt werden können. Dies ist nicht nur mit einem Zeit- einem Energieeinsatz verbunden, sondern müssen die u.U. gebildeten Grate anschließend wieder entfernt werden. Durch die Einsparung dieses Verfahrensschrittes „Kalibrieren“ können somit entsprechende Vorteile sowohl in Hinblick auf die Ressourcennutzung als auch in Hinblick auf die Gestehungskosten der Bauteile realisiert werden. Gegebenenfalls kann auf das Entgraten auch zur Gänze verzichtet werden, womit ein weiterer Vorteil in Hinblick auf die Verfahrensverkürzung

und die Kostenreduktion erreicht werden kann.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotor und der Stator auf einer gemeinsamen Spannvorrichtung angeordnet und die zu schleifenden Planflächen gemeinsam geschliffen werden. Es kann damit ein aufeinander abgestimmtes Stator-Rotor-Set für einen Nockenwellenversteller bereitgestellt werden, womit die Toleranzen der Bauteilpaarung weiter reduziert werden können. Zudem kann damit auch die Bearbeitungszeit für die Herstellung

des Nockenwellenverstellers verkürzt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass am Stator und/oder am Rotor auf den Planflächen der ersten Stirnseite oder

den Planflächen zweiten Stirnseite drei Auflageelemente ausgebildet werden, da-

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die Exaktheit der Ebenheit der geschliffenen Planflächen einfacher bereitzustellen.

Nach einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen werden, dass die Auflageelemente einstückig mit dem Stator bzw. dem Rotor ausgebildet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt werden diese Auflageelemente bereits bei der Herstellung des Stators bzw. des Rotors mithergestellt, womit ebenfalls die Herstellzeit der beiden Bauteile reduziert werden kann. Insbesondere ist diese Vorgangsweise bei Sinterbauteilen von Vorteil, da die Ausbildung der Auflageelemente bereits mit

der Herstellung des Grünlings ausgebildet werden können.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die Auflageelemente aus einem beim Zusammenbau des Nockenwellverstellers plastifizierbarem Werkstoff hergestellt werden, und/oder dass die Auflageelemente aus einem polymerbasiertem Werkstoff hergestellt werden. Mit diesen Ausführungsvarianten kann der Aufwand zum Entfernen der Auflageelemente nach dem Planschleifen reduziert werden, da die Auflageelemente entweder soweit zusammengedrückt bzw. plastifiziert werden können, dass sie im Betrieb des Nockenwellenverstellers nicht mehr stören, oder da die Entfernung der Auflageele-

mente mit relativ geringem Energieeinsatz erfolgen kann.

Zur weiteren Verbesserung der Ebenheit des geschliffenen Planflächen kann gemäß einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen werden, dass die Auflageelemente noppenförmig ausgebildet werden, womit die Auflagefläche der Auflageele-

mente, beispielsweise auf einer Bearbeitungsmaschine, reduziert werden kann.

Nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung kann vorgesehen werden, dass der Abstand der ersten zu den zweiten Planflächen des Stators eine Toleranz zwischen 10 um und 25 um aufweist, und/oder dass der Abstand der ersten zu den zweiten Planflächen des Rotors eine Toleranz zwischen 8 um und 25 um aufweist. Es kann damit ein Nockenwellenversteller mit relativ geringem Spaltmaß

zwischen Stator und Rotor zur Verfügung gestellt werden.

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Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Verbrennungsmotor;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem hydraulischen Nockenwellenversteller im

Längsschnitt;

Fig. 3 den Stator und den Rotor des Nockenwellenverstellers nach Fig. 2 in

Schrägansicht;

Fig. 4 den Stator und den Rotor des Nockenwellenverstellers nach Fig. 2 in

Ansicht von vorne;

Fig. 5 ein Steuerventil;

Fig. 6 die gemeinsame Anordnung eines Stators und eines Rotors in einer Spannvorrichtung;

Fig. 7 eine Ausführungsvariante eines Rotors.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Verbrennungsmotor 1 dargestellt. Zu sehen sind ein hydraulischer Nockenwellenversteller 2 und ein Antriebsrad 3. Der No-

ckenwellenversteller 2 weist an seinem äußeren Umfang eine Stirnverzahnung 4

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einander.

Die Stirnverzahnung 4 des Nockenwellenverstellers 2 kann auch für den Eingriff

einer Steuerkette oder einem Antriebsriemen (nicht dargestellt) ausgebildet sein.

Prinzipiell ist diese Ausbildung von hydraulischen Nockenwellenverstellern 2 aus dem Stand der Technik bekannt, sodass sich weitere Ausführungen dazu erübri-

gen.

Wie aus den Fig. 2-4 zu ersehen ist, weist der Nockenwellenversteller 2 einen Stator 6 und einen Rotor 7 auf. In den Fig. 3 und 4 wurde dabei auf die Darstellung einer in Fig. 1 ersichtlichen stimseitigen Abdeckungen 8 des Nockenwellenverstel-

lers 2 verzichtet.

Der Stator 6 weist einen ringförmigen Statorgrundkörper 9 auf, der — wie bereits erwähnt — an seinem äußeren Umfang die Außenverzahnung in Form der Stirnverzahnung 4 aufweist. An einer radial inneren Mantelfläche 10 des Statorgrundkörpers 9 und über diese radial nach innen vorragend sind Stege 11 ausgebildet. Im konkreten Fall weist der Stator 6 vier Stege 11 auf. Diese Anzahl an Stegen 11 soll aber nicht beschränkend verstanden werden. Es können auch mehr oder weniger Stege 11 vorhanden sein. Die Stege 11 können bedarfsweise mit einer Ausnehmung 12 bzw. einem Durchbruch versehen sein, um damit dem Stator 6 ein geringeres Gewicht zu verleihen. Die Stege 11 sind in einer Umfangsrichtung 13

voneinander beabstandet am Statorgrundkörper 9 angeordnet.

Innerhalb des Stators 6 — wie bereits erwähnt wurde auf die Darstellungen der Abdeckungen 8 (Fig. 1) verzichtet — ist der Rotor 7 vollständig angeordnet bzw. zumindest teilweise angeordnet. Der Rotor 7 weist einen (ringförmigen) Rotorgrundkörper 14 auf. An einer äußeren Mantelfläche 15 dieses Rotorgrundkörpers 14 sind Flügel 16 ausgebildet bzw. angeordnet, die sich von der Mantelfläche 15 beginnend radial nach außen erstrecken. Im zusammengebauten Zustand des No-

ckenwellenverstellers 2 sind diese Flügel 16 zwischen den Stegen 11 des Stators

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die Flügel 16 des Rotors 7, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Die Anzahl der Flügel 16 des Rotors 7 richtet sich nach der Anzahl der Stege 11

des Stators 6, sodass im konkreten Fall also vier Flügel 16 vorhanden sind.

Die Stege 11 definieren hydraulische Arbeitsräume 18. Je ein Arbeitsraum 18 wird in der Umfangsrichtung 13 von zwei Stegen 11 begrenzt. Durch die Flügel 16, die zwischen den Stegen 11 angeordnet sind, werden die Arbeitsräume 18 jeweils durch einen Flügel 16 des Rotors 7 in eine erste Arbeitskammer 19 und eine zweite Arbeitskammer 20 unterteilt. Über das in diese Arbeitskammern 19, 20 einleitbare Fluid kann die relative Stellung des Rotors 7 zum Stator 6 verändert werden, wie das an sich bekannt ist, sodass hierzu auf den einschlägigen Stand der

Technik verwiesen sel.

Es sei darauf hingewiesen, dass die hydraulische Ausführung des Nockenwellenverstellers 2 die bevorzugte ist. Der Nockenwellenversteller 2 kann aber auch an-

ders ausgeführt sein.

Der Rotor 7 ist also innerhalb des Stators 6 relativ in der Umfangsrichtung 13 drehbeweglich (verschwenkbar) zum Stator 6 angeordnet, wobei der Weg der Verdrehbarkeit (Verschwenkbarkeit) durch die Stege 11 begrenzt wird. Der Nockenwellenversteller 2 arbeitet somit nach dem Schwenkmotorprinzip. Von einer Kette oder einem Riementrieb oder dem Antriebsrad 3 angetrieben verstellt der Nockenwellenversteller 2 die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile gegenüber der antreibenden Welle, wie zum Beispiel der Kurbelwelle, zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt, um auf den Verbrennungsablauf in der Verbrennungskraftmaschine Einfluss zu nehmen. Hierbei wird durch die Befüllung mit einem geeigneten Hydraulikmedium, der sich zwischen Rotor 7 und Stator 6 des Nockenwellenverstellers 2 bildenden gegenläufigen Arbeitskammern 19, 20 die Nocken-

welle entweder in Richtung "Früh" oder in Richtung "Spät" verstellt.

Zumindest teilweise innerhalb einer in einer Axialrichtung 21 verlaufenden bzw.

durch den Rotor 7 insbesondere durchgehenden Aufnahme 22 (Ausnehmung) des

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23 (auch als Zentralventil bezeichenbar), angeordnet.

Eine Ausführungsvariante des Steuerventils 23 ist in Fig. 5 dargestellt. Dieses Steuerventil 23 weist mehrere konische oder zylinderförmige Abschnitte 24-26 mit Durbrüchen 27 (Bohrungen) auf, durch die Hydraulikflüssigkeit je nach Stellung eines Kolbens 28 den Arbeitskammern 19, 20 zugeführt bzw. davon abgeführt wird. Ein Kreislauf für die Hydraulikflüssigkeit (insbesondere ein Öl) ist in Fig. 2 mit Pfei-

len 29 angedeutet. Der Kolben 28 kann beispielsweise magnetisch betätigt werden bzw. sein.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sich die Arbeitsräume 18, und damit auch die Arbeitskammern 19, 20, radial nach innen von einer Oberfläche 30 des Rotorgrundkörpers 14 (ins-besondere von dessen Mantelfläche 15) und radial nach außen von einer Oberfläche 31 des Statorgrundkörpers 9 (insbesondere von

dessen Mantelfläche 10) begrenzt werden.

Weiter können an den Flügeln 16 Dichtungen angeordnet sein, die einen Abstand zwischen den Flügeln 16 und der Oberfläche 30 (insbesondere der Mantelfläche 10) im Betrieb des hydraulischen Nockenwellenverstellers 2 abdichten. Diese Dichtungen können teilweise innerhalb der Flügel 16 angeordnet sein, wozu die

Flügel 16 Schlitze aufweisen können, wie dies in Fig. 4 strichliert angedeutet ist.

Die Zuführung der Hydraulikflüssigkeit zu den Arbeitskammern 19, 20 kann über

eine Nockenwelle 32 erfolgen, an der der Nockenwellenversteller 2 angeordnet ist.

Generell können zur Führung der Hydraulikflüssigkeit in Bauteilen des Nockenwellenverstellers 2 bzw. der Nockenwelle 32 entsprechende Kanäle bzw. Leitungen

vorgesehen bzw. ausgebildet sein.

Der Rotor 7 ist bevorzugt ein einstückiges Bauteil, bevorzugt Sinterbauteil, sodass also die Flügel 16 mit dem Rotorgrundkörper 14 einen einzigen, integralen Bauteil,

insbesondere Sinterbauteil, bilden.

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Ebenso ist der Stator 6 bevorzugt ein einstückiges Bauteil, bevorzugt Sinterbau-

teil.

Für weitere Einzelheiten zu hydraulischen Nockenwellenverstellern 2, die nicht im Zusammenhang mit der Erfindung stehen, sei auf den einschlägigen Stand der

Technik verwiesen.

Die Herstellung des Rotors 7 erfolgt bevorzugt mit einer pulvermetallurgischen

Methode. Dieses Verfahren umfasst die Verfahrensschritte:

- Bereitstellung eines ersten Pulvers zur Herstellung des Rotors 7 in einem Formhohlraum einer Form;

- Pressen des ersten Pulvers zu einem Rotorgrünling in der Form;

- gegebenenfalls Grünbearbeitung des Rotorgrünlings;

- Sintern des Rotorgrünlings;

- materialabtragendes Nachbearbeiten des Rotors;

Auch der Stator 6 ist bevorzugt ein einstückiges Bauteil, insbesondere ein Sinterbauteil (also aus einem Sinterwerkstoff nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt), sodass also die Stirnverzahnung 4 und die Stege 11 mit dem Grundkörper 9 einen einzigen, integralen Bauteil, insbesondere Sinterbauteil, bil-

den. Dieses Verfahren umfasst die Verfahrensschritte:

- Bereitstellen eines zweiten Pulvers zur Herstellung des Stators 6 in einem Formhohlraum einer Form;

- Pressen des zweiten Pulvers zu einem Statorgrünling in der Form;

- gegebenenfalls Grünbearbeitung des Statorgrünlings;

- Sintern des Statorgrünlings;

- materialabtragendes Nachbearbeiten des Stators 6;

- gegebenenfalls Härtung der Stirnverzahnung 4 des Stators 6.

Das Grünbearbeiten bzw. das materialabtragende Nachbearbeiten des Stators 6 und/oder des Rotors 7 kann beispielsweise durch Schleifen, Läppen, Hohnen, etc.

erfolgen.

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Das Härten der Stirnverzahnung 4 kann beispielsweise durch Induktivhärten, Ab-

schreckhärten, Einsatzhärten, etc., erfolgen.

Das Sintern des Stators 6 und/oder des Rotors 7 kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein. Weiter kann es bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 1300 °C für eine Zeitspanne von beispielsweise 10 Minuten bis 120 Minuten durchgeführt

werden.

Da die pulvermetallurgische Herstellung von Sinterbauteilen an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, sei zur Vermeidung von Wiederholungen dazu auf

den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Der Stator 6 weist erste Planflächen 33 auf, die auf einer ersten Stirnfläche 34 des Stators 6 ausgebildet sind. Ebenso weist der Rotor 7 erste Planflächen 35 auf, die auf einer ersten Stirnfläche 36 des Rotors 7 ausgebildet sind. Die ersten Planflächen 33 des Stators 6 sind im Rahmen der Toleranzen fluchtend zu den ersten Planflächen 35 des Rotors 7 angeordnet, wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4

zu ersehen ist.

Die ersten Planflächen 33 des Stators 6 sind auf den Stegen 11 und bei der dargestellten Ausführungsvariante auf einem Ringsteg 37 des Statorgrundkörpers 9 ausgebildet, wobei sich diese ersten Planflächen 33 des Stators 6 bei der dargestellten Ausführungsvariante zumindest über die gesamten Stirnflächen der Stege 11 und des Ringsteges 37 erstrecken. Die ersten Planflächen 33 des Stators 6 können sich aber auch nur über einen Teil dieser Flächen erstrecken, beispiels-

weise wenn die Stege 11 eine Abstufung aufweisen.

Die ersten Planflächen 35 des Rotors 7 sind auf den Flügeln 16 und bei der dargestellten Ausführungsvariante auf den Stirnflächen 36 eines Hohlzylinders 38 des Rotorgrundkörpers 14 (bzw. der den Rotorgrundkörper 14 bildet) ausgebildet, wobei sich diese ersten Planflächen 35 des Rotors 7 bei der dargestellten Ausführungsvariante zumindest über die gesamten Stirnflächen der Flügel 16 und des

Hohlzylinders 38 erstrecken. Die ersten Planflächen 35 des Rotors 7 können sich

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aber auch nur über einen Teil dieser Flächen erstrecken, beispielsweise wenn die

Flügel 16 oder der Hohlzylinder 38 eine Abstufung aufweisen.

Den ersten Planflächen 33, 35 des Stators 6 bzw. Rotors 7 in der Axialrichtung 21 gegenüberliegend weisen der Stator 6 zweite Planflächen 39 und der Rotor 7 zweite Planflächen 40 auf. Die zweite Planflächen 39 des Stators 6 sind auf zweiten Stirnflächen des Stators 6 und die zweiten Planflächen 39 des Rotors 7 sind auf zweiten Stirnflächen des Rotors 7 ausgebildet. Die zweiten Stirnflächen des Stators 6 und des Rotors 7 liegen der ersten Stirnfläche 34 des Stators 6 und der ersten Stirnfläche 36 des Rotors 7 in der Axialrichtung 21 gegenüber und begrenzen den Statorgrundkörper 9 bzw. den Rotorgrundkörper 14 auf deren zweiten Seite. Auch diese zweiten Planflächen 39 des Stators 6 sind im Rahmen der Toleranzen fluchtend zu den zweiten Planflächen 40 des Rotors 7 angeordnet. Sie können die gesamten zweiten Stirnflächen des Stators 6 bzw. des Rotors 7 bilden, oder nur einen Teil davon. Die zweiten Planflächen 39 des Stators 6 und die zweiten Planflächen 40 des Rotors 7 liegen insbesondere dichtend (im Rahmen der Toleranzen) an einer Abdeckung 41 des Nockenwellenverstellers 2 an, die mit

dem Stator 6 verbunden, beispielsweise verschraubt, ist.

Es ist vorgesehen, dass die ersten Planflächen 33, 35 und die zweiten Planflächen 39, 40 des Stators 6 und des Rotors 7 geschliffen oder finiert werden bzw. sind. Vorzugsweise werden ausschließlich die ersten Planflächen 33, 35 und die zwei-

ten Planflächen 39, 40 des Stators 6 und des Rotors 7 geschliffen oder finiert.

Mit anderen Worten werden die Dichtflächen des Stators 6 und des Rotors 7 auf

beiden Seiten (in der Axialrichtung 21 betrachtet) geschliffen.

Die Mantelfläche 9 des Stators 6, an der die Stege 11 angeordnet sind, und die Mantelfläche 15, an der die Flügel 16 angeordnet sind, werden nicht kalibriert, vorzugsweise sind diese Flächen vollständig unbearbeitet, beispielsweise indem diese Flächen in Net Shape oder Near Net Shape Qualität hergestellt sind. Bevorzugt sind der gesamte Statorgrundkörper 9 und der gesamte Rotorgrundkörper 14 unkalibriert. Es ist jedoch möglich, dass die AußRenverzahnung des Stators 6 (nicht

jedoch dessen Mantelfläche 9) kalibriert wird.

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Das Schleifen bzw. Finieren der ersten Planflächen 33, 35 und der zweiten Planflächen 39, 40 des Stators 6 und des Rotors 7 kann mit herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Schleifvorrichtungen bzw. Finiervorrichtungen erfolgen. Insbesondere wird mit dem Schleifen bzw. Finieren dieser Flächen eine Oberflächenrauhigkeit Rz nach DIN EN DIN EN ISO 4287 von kleiner 16 um, ins-

besondere zwischen 1 um und 14 um hergestellt.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsvariante des Verfahrens dargestellt. Es ist möglich, dass der Stator 6 und der Rotor 7 getrennt voneinander geschliffen werden. Nach dieser Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass der Rotor 7 und der Stator 6 auf einer Spannvorrichtung 42 angeordnet werden und die zu schleifenden Planflächen 33, 35 und/oder 39, 40 gemeinsam geschliffen werden. Dabei wird eine Schichtdicke 43 des Rotors 7 und des Stators 6 an diesen Planflächen 33, 35 und/oder 39, 40 entfernt. Diese Schichtdicke 43 kann beispielsweise zwischen 1 um und 80 um betragen. Um das Abtragen des Materials des Stators 6 und des Rotors 7 in diesem Umfang zu ermöglichen, werden zumindest diese Schichtdicken 43 bei der Herstellung des Stators 6 und des Rotors 7 berücksichtigt, d.h. diese beiden Bauteile werden um zumindest diese Schichtdicken 43 (d.h. jeweils zweimal die Schichtdicke 43 beim Stator 6 und beim Rotor 7) höher (in der Axialrichtung 21 betrachtet) hergestellt.

Es sei darauf hingewiesen, dass mit der in Fig. 6 dargestellten Spannvorrichtung 42 nur eine einseitige Bearbeitung möglich ist, und danach zur Bearbeitung der zweiten Seiten von Rotor 7 und Stator 6 umgespannt werden muss. Es kann aber auch eine Spannvorrichtung 42 eingesetzt werden, die das gleichzeitige Schleifen

des Stators 6 und des Rotors 7 von beiden ermöglicht.

Von Vorteil ist es bei der Ausführungsvariante des gemeinsamen Schleifens von Stator 6 und Rotor 7, wenn diese beiden Bauteile in der Folge auch gemeinsam verpackt und an den Endabnehmer als Set geliefert werden, da der Stator 6 und der Rotor 7 durch das gemeinsame Schleifen besser aufeinander abgestimmt wer-

den können.

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In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante des Rotors 7 dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante sind auf dem Rotorgrundkörper 14 mehrere Auflageelemente 44

vorgesehen.

Während des Pulverpressens können auf dem Grünling für den Rotor 7 auf den nicht zu schleifenden ersten oder zweiten Planflächen 34 oder 40 und diese in der Axialrichtung 21 überragend auch zumindest drei Auflageelemente 44 ausgebildet werden. Vorzugsweise werden genau drei Auflageelemente 44 ausgebildet. Es können aber auch mehr als drei Auflageelemente 44 ausgebildet werden, bei-

spielsweise vier, fünf, sechs, etc.

Zur Ausbildung der Erhebungen auf dem Grünling wird insbesondere ein Stempel zum Pressen des Pulvers verwendet, der an den Stellen der Auflageelemente 44

entsprechende Vertiefungen aufweist.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, sind die Auflageelemente 44 nicht auf einer Linie, d.h. nicht auf einer Geraden angeordnet. Vielmehr werden die Auflageelemente 44 im Falle von drei Auflageelementen 44 gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet bzw. ausgebil-

det, d.h. um jeweils 120 ° versetzt zueinander.

Es ist weiter bevorzugt, wenn die Auflageelemente 44 auf gleicher radialer Höhe auf den Planflächen 35, 40 angeordnet werden, wie dies ebenfalls aus Fig. 7 er-

sichtlich ist.

Prinzipiell können die Auflageelemente 44 an jeder geeigneten Stelle auf den

Planflächen 35, 40 oder auch auf dem Rotorgrundköper 14 angeordnet werden.

Die Auflageelemente 44 können zylinderförmig ausgebildet sein. Sie können aber auch eine andere Form aufweisen, insbesondere halbkugelförmig oder kugelkalottenförmig oder quaderförmig oder pyramidenförmig, etc. Bevorzugt sind sie nop-

penförmig ausgebildet. Bevorzugt weisen alle Auflageelemente 44 des Rotors 7 die gleiche Form auf. Es

ist aber auch möglich Mischvarianten vorzusehen, dass also beispielsweise ein

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Teil der Auflageelemente 44 zylinderförmig und der Rest kugelkalottenförmig aus-

gebildet ist. Anderer Mischvarianten sind ebenfalls denkbar.

Die Auflageelemente 44 erstreckt/erstrecken sich also über zumindest einen Teilbereich der jeweiligen Planfläche 35 oder 40 des Rotors, wobei diese vorzugsweise eine relative kleine Fläche einnehmen, sodass auch von Auflagepunkten gesprochen werden kann. Die Auflageelemente 44 können dazu jeweils eine maximale Querschnittsfläche aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 1

mm? bis 10 mm?®, in der Axialrichtung betrachtet.

Die Auflageelemente 44 können mit einer maximalen Höhe hergestellt werden, gemessen ab der jeweiligen Planfläche 35 oder 40 des Rotors, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 um bis 80 um, insbesondere aus einem Bereich von 2

um bis 20 um.

Die Auflageelemente 44 können auch zumindest annähernd leistenförmig ausgebildet sein, sodass sie also eine größere Länge als Breite aufweisen, wenngleich

dies nicht die bevorzugte Ausführungsvariante ist.

Generell können die Ausführungen zu den Auflageelementen 44 auch auf den Stator 6 angewendet werden, sodass also auch der Stator 6 auf den nicht zu schleifenden Planflächen 33 oder 39 derartige Auflageelemente 44 aufweisen

kann.

Neben dieser einstückigen Ausführungsvariante der Auflageelemente 44 mit dem Rotor 7 bzw. dem Stator 6 besteht nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung aber auch die Möglichkeit, diese gesondert, insbesondere nach dem Sintern des Rotors 7 und/oder des Stators 6 auf diesem/diesen anzuordnen. Dazu können die Auflageelemente 44 beispielsweise aus einer Folie hergestellt sein und auf die jeweiligen Planflächen 33, 35 oder 39, 40 aufgeklebt werden. Die Auflageelemente 44 können auch als gesonderte Elemente auf den Rotor 7 und/oder den Stator 6

aufgesintert bzw. auf andere Art und Weise damit verbunden werden.

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Nach einer anderen Ausführungsvariante können die Auflageelemente 44 als partielle Beschichtung oder Bedruckung aus einem polymerbasiertem Werkstoff hergestellt werden bzw. sein. Beispielsweise können die Auflageelemente 44 aus einem Polyamidharz hergestellt werden, in dem zumindest ein Festschmierstoff, wie z.B. Graphit oder Molybdändisulfid, enthalten sein kann. Das Harz wird nach oder während des Aufbringens auf die entsprechenden Flächen gehärtet, beispielsweise thermisch oder mittels UV-Strahlung. Diese Ausführungsvariante der Auflageelemente 44 hat den Vorteil, dass die Auflageelemente 44 relativ einfach wieder vom Stator 6 und/oder vom Rotor 7 entfernt werden können, bzw. u.U. sogar

selbsttätig abgehen.

Die Auflageelemente 44 werden nämlich nach dem Schleifen oder Finieren der ersten oder zweiten Planflächen 33, 34, 39, 40 des Stators 6 und/oder des Rotors

7 wieder entfernt.

Die Entfernung kann beispielsweise mittels spanender Methoden oder durch Bürs-

ten, etc., erfolgen.

Nach dem Entfernen der Auflageelemente 45 werden die Planflächen 33, 34, 39,

40 geschliffen oder finiert, von denen diese Auflageelemente 45 entfernt wurden.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die Auflageelemente 44 aus einem beim Zusammenbau des Nockenwellverstellers 2 plastifizierbarem Werkstoff hergestellt werden. Plastifizierbar bedeutet dabei, dass die Auflageelemente 44 eine plastische Verformbarkeit aufweisen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Auflageelemente 44 aus einem weicheren Werkstoff hergestellt werden als der Rest des Stators 6 oder des Rotors 7. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, die Auflageelemente 44 mit Hohlräumen herzustellen, beispielsweise mit Poren, die beim plastischen Verformen zumindest teilweise zusammengedrückt werden. Dazu können die Auflageelemente 44 aus einem Sinterwerkstoff hergestellt werden. Wie bereits ausgeführt, besteht bevorzugt jedoch der gesamte Stator 6 oder Rotor 7 aus dem Werk-

stoff, aus dem die Auflageelemente 44 hergestellt werden.

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Durch die plastische Verformbarkeit ist es möglich, dass die Auflageelemente 44 zumindest teilweise verdrückt werden, womit der Aufwand zu deren Abtragung

von den Planflächen 33, 35, 39, 30 reduziert werden kann.

Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Auflageelemente 44 zur Abstützung des Stators 6 und/oder des Rotors 7 auf einer Auflagefläche, insbesondere einer Auflagefläche der Spannvorrichtung 42, während des Schleifens bzw. Finierens der Planflächen 33, 35 oder 39, 40 dienen.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Nockenwellenversteller 2 auf beiden Seiten (an den axialen Stirnflächen) eine Abdeckung 8, 41 aufweist, mit der

die Arbeitsräume 18 in der Axialrichtung 21 abgeschlossen werden.

Nach dem beschriebenen Verfahren kann ein einstückiger Stator 6 für eine Nockenwellenversteller 2 aus einem Sinterwerkstoff hergestellt werden, umfassend einen Statorgrundkörper 9, der eine äußere Stirnverzahnung 5, eine radial innere Mantelfläche 10 und von der radial inneren Mantelfläche 10 radial nach innen vorragende, voneinander in Umfangsrichtung 13 des Statorgrundkörpers 9 beabstandete Stege 11 aufweist, wobei der Stator 6 erste Planflächen 33 an einer ersten Stirnfläche 34 und zweite Planflächen 39 an einer zweiten Stirnfläche aufweist, die in der Axialrichtung 21 betrachtet der ersten Stirnfläche 34 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die ersten Planflächen 33 und die zweiten Planflächen 39 des Stators 6 geschliffen oder finiert sind, und zumindest die Mantelfläche 10 unkalib-

riert und ungeschliffen ist.

Es ist weiter möglich, mit dem Verfahren einen einstückigen Rotor 7 für eine Nockenwellenversteller 2 aus einem Sinterwerkstoff herzustellen, umfassend einen Rotorgrundkörper 14, der von einer radial äußeren Mantelfläche 15 radial nach auRen vorragende Flügel 16 aufweist, wobei der Rotor 7 erste Planflächen 35 an einer ersten Stirnfläche 36 und zweite Planflächen 40 an einer zweiten Stirnfläche aufweist, die in der Axialrichtung 21 betrachtet der ersten Stirnfläche 36 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die ersten Planflächen 35 und die zweiten Planflächen 40 des Rotors 7 geschliffen oder finiert sind, und die Mantelfläche 15 des

Rotors 7 unkalibriert und ungeschliffen ist.

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Bevorzugt sind sowohl der Stator 6 als auch der Rotor 7 des Nockenwellenverstellers 2 als Sinterbauteile ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Stator 6 und/oder der Rotor 7 aus einem Vollmaterial, beispielsweise einem

Gusswerkstoff, bestehen.

Bei dem Stator 6 kann der Abstand der ersten zu den zweiten Planflächen 33, 39

eine Toleranz zwischen 10 um und 25 um aufweisen.

Bei dem Rotor 7 kann der Abstand der ersten zu den zweiten Planflächen 35, 40

eine Toleranz zwischen 8 um und 25 um aufweisen.

Nur der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass als Sinterpulver besonders be-

vorzugt metallische Pulver eingesetzt werden.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Nockenwellenverstellers 2 bzw. von Bestandteilen davon, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander

möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Nockenwellenverstellers 2 bzw. von dessen Elementen diese

nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind.

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Bezugszeichenliste

Verbrennungsmotor Nockenwellenversteller Antriebsrad Stirnverzahnung Stirnverzahnung Stator

Rotor

Abdeckung Statorgrundkörper Mantelfläche

Steg Ausnehmung Umfangsrichtung Rotorgrundkörper Mantelfläche Flügel Seitenfläche Arbeitsraum Arbeitskammer Arbeitskammer Axialrichtung Aufnahme Steuerventil Abschnitt Abschnitt Abschnitt Durchbruch Kolben

Pfeil

Oberfläche

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

Oberfläche Nockenwelle Planfläche Stirnfläche Planfläche Stirnfläche Ringsteg Hohlzylinder Planfläche Planfläche Abdeckung Spannvorrichtung Schichtdicke

Auflageelement

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines, insbesondere hydraulischen, Nockenwellenverstellers (1) umfassend

- einen Stator (6) mit einem Statorgrundkörper (9), der mit einer äußeren Stirnverzahnung (4), einer radial inneren Mantelfläche (10) und mit von der radial inneren Mantelfläche (10) radial nach innen vorragenden, voneinander in Umfangsrichtung (13) des Statorgrundkörpers (9) beabstandeten Stegen (11) hergestellt wird;

- einen relativ zum Stator (6) verdrehbaren Rotor (7) mit einem Rotorgrundkörper (14), der zumindest teilweise von dem Stator (6) umgeben ist und der mit von einer radial äußeren Mantelfläche (15) radial nach außen vorragenden Flügeln (16) hergestellt wird, sodass zwischen dem Stator (6) und dem Rotor (7) mehrere hydraulische Arbeitsräume (18) ausgebildet werden, welche jeweils durch einen Flügel (16) des Rotors (7) in eine erste Arbeitskammer (19) und eine zweite Arbeitskammer (20) unterteilt werden;

- wobei der Stator (6) und der Rotor (7) mit ersten Planflächen (33, 35) an einer ersten Stirnfläche (34, 36) und mit zweiten Planflächen (39, 40) an einer zweiten Stirnfläche, die in einer Axialrichtung (21) betrachtet der ersten Stirnfläche (34, 36) gegenüberliegend ausgebildet wird, hergestellt werden;

- wobei der Rotor (7) und/oder der Stator (6) nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird oder werden umfassend die Verfahrensschritte:

- Bereitstellung eines ersten Pulvers zur Herstellung des Rotors (7);

- Pressen des ersten Pulvers zu einem Rotorgrünling;

- gegebenenfalls Grünbearbeitung des Rotorgrünlings;

- Sintern des Rotorgrünlings;

- Mmaterialabtragendes Nachbearbeiten des Rotors (7);

- und/oder umfassend die Verfahrensschritte:

- Bereitstellen eines zweiten Pulvers zur Herstellung des Stators (6);

- Pressen des zweiten Pulvers zu einem Statorgrünling;

- gegebenenfalls Grünbearbeitung des Statorgrünlings;

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- Sintern des Statorgrünlings;

- Mmaterialabtragendes Nachbearbeiten des Stators (6);

- gegebenenfalls Härtung der Stirnverzahnung (4) des Stators (6). dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planflächen (33, 35) und die zweiten Planflächen (39, 40) des Stators (6) und des Rotors (7) geschliffen oder finiert werden, und dass die Mantelfläche (10) des Stators (6), insbesondere der Statorgrundkörper (9) zu Gänze, und die Mantelfläche (15) des Rotors (7), insbesondere

der Rotorgrundkörper (14) zu Gänze, unkalibriert belassen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (7) und der Stator (6) auf einer gemeinsamen Spannvorrichtung (42) angeordnet und die zu schleifenden Planflächen (33, 35, 39, 40) gemeinsam geschliffen wer-

den.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Stator (6) und/oder am Rotor (7) auf den Planflächen (33, 34) oder den Planflächen (39, 40) drei Auflageelemente (44) ausgebildet werden, danach die nicht mit den Auflageelementen (44) versehenen Planflächen (33, 34 oder 39, 40) geschliffen werden, anschließend die Auflageelemente (44) entfernt werden und anschlieRend daran die noch nicht geschliffenen Planflächen (33, 34 oder 39, 40) geschlif-

fen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (44) des Stators (6) einstückig mit dem Stator (6) und/oder die Aufla-

geelemente (44) des Rotors (7) einstückig mit dem Rotor (7) ausgebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (44) aus einem beim Zusammenbau des Nockenwellverstellers

(2) plastifizierbarem Werkstoff hergestellt werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufla-

geelemente (44) aus einem polymerbasiertem Werkstoff hergestellt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

dass die Auflageelemente (44) noppenförmig ausgebildet werden.

8. Einstückiger Stator (6) für einen Nockenwellenversteller (2) aus einem Sinterwerkstoff, umfassend einen Statorgrundkörper (9), der eine äußere Stirnverzahnung (4), eine radial innere Mantelfläche (10) und von der radial inneren Mantelfläche (10) radial nach innen vorragende, voneinander in Umfangsrichtung (13) des Statorgrundkörpers (9) beabstandete Stege (11) aufweist, wobei der Stator (6) erste Planflächen (33) an einer ersten Stirnfläche (34) und zweite Planflächen (39) an einer zweiten Stirnfläche aufweist, die in einer Axialrichtung (21) betrachtet der ersten Stirnfläche (34) gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planflächen (33) und die zweiten Planflächen (39) des Stators (6) geschliffen oder finiert sind, und dass die Mantelfläche (10), insbesondere der ge-

samte Statorgrundkörper (9), unkalibriert ist.

9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ersten zu den zweiten Planflächen (33, 39) eine Toleranz zwischen 10 um und

25 um aufweist.

10. Einstückiger Rotor (7) für einen Nockenwellenversteller (2) aus einem Sinterwerkstoff, umfassend einen Rotorgrundkörper (14), der von einer radial äuReren Mantelfläche (15) radial nach außen vorragende Flügel (16) aufweist, wobei der Rotor (7) erste Planflächen (35) an einer ersten Stirnfläche (36) und zweite Planflächen (40) an einer zweiten Stirnfläche aufweist, die in einer Axialrichtung (21) betrachtet der ersten Stirnfläche (36) gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planflächen (35) und die zweiten Planflächen (40) des Rotors (7) geschliffen oder finiert sind, und dass die Mantelfläche (15) des Rotors (7), insbesondere der gesamte Rotorgrundkörper (14), unkalibriert ist.

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11. Rotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ersten zu den zweiten Planflächen (35, 40) eine Toleranz zwischen 8 um und

25 um aufweist.

12. Nockenwellenversteller (2), insbesondere hydraulischer Nockenwellenversteller (2), umfassend einen Stator (6) und einen Rotor (7), wobei der Rotor (7) zumindest teilweise, insbesondere zur Gänze, innerhalb des Stators (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) entsprechend Anspruch 8 oder 9 und/oder der Rotor (7) entsprechend Anspruch 10 oder 11 ausgebildet ist 0-

der sind.

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