CN107866574A - 用于制造用于凸轮轴调节器的定子的方法和定子 - Google Patents

用于制造用于凸轮轴调节器的定子的方法和定子 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造用于凸轮轴调节器(2)的定子(6)的方法，其中，制造具有环形的基体(9)的定子(6)，所述基体具有外部的直齿部(4)和沿从基体(9)的径向内周面(10)沿径向向内突出的沿基体(9)的周向相互隔开间距的板条(11)，所述方法包括以下步骤：提供用于一体地构成具有直齿部(4)和径向向内突出的板条(11)的基体(9)的模具；将金属粉末填充到所述模具中；将粉末挤压成生坯；将生坯烧结成定子坯件。在没有事先的机械加工的情况下，以多个步骤将直齿部(4)、基体(9)沿径向朝向内部的在板条(11)之间构成的周面(10)以及板条(11)与所述周面(10)邻接的侧面(16)压缩到希望的最终尺寸。

Description

用于制造用于凸轮轴调节器的定子的方法和定子
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于凸轮轴调节器的定子的方法，其中制造具有环形的基体的定子，所述基体具有外部的直齿部和沿从基体的径向内周面沿径向向内突出的沿基体的周向相互隔开间距的板条，所述方法包括以下步骤：提供用于一体地构成具有直齿部和径向向内突出的板条的基体的模具；将金属粉末填充到所述模具中；将所述粉末挤压成生坯；将生坯烧结成定子坯件
此外，本发明还涉及一种用于凸轮轴调节器的定子，所述定子包括环形的基体，所述基体在其外周上具有直齿部并且在内周面上具有多个沿径向向内突出的并且相互隔开间距的板条。
背景技术
凸轮轴调节器已知用于对气门开启时间进行调整，以便由此实现内燃机的较高效率。这种凸轮轴调节器以各种不同的实施形式由现有技术已知。相关类型的液压凸轮轴调节器包括定子，所述定子中设有转子。转子不可相对转动地与凸轮轴连接。与曲轴连接的定子具有沿径向向内突出的板条，所述板条构成用于转子叶片的止挡面。因此，转子只能在预定的角度范围内相对于定子转动。
发明内容
本发明的目的是，简化凸轮轴调节器的定子的制造或给出一种按所述方法制造的用于凸轮轴调节器的定子。
本发明的目的利用前面所述的方法这样来实现，在没有事先的机械加工的情况下，将直齿部、基体沿径向朝向内部的在板条之间构成的周面以及板条与所述周面邻接的侧面以多个步骤压缩到希望的最终尺寸。
此外，本发明的目的利用前面所述的定子这样来实现，在所述定子中，所述直齿部、基体沿径向朝向内部的在板条之间构成的周面以及板条与所述周面邻接的侧面作为机械加工仅具有压缩加工，从表面朝芯部层的方向形成密度梯度。
就是说，定子的外齿部、基体的在板条之间构成的沿径向向内指向的周面以及板条与所述周面邻接的侧面在压制和烧结粉末时就已经以近终型或终型(net shape)的质量制造。由此，为了改进构件强度只还需要在烧结之后进行表面压缩。通过除了表面压缩以外避免对定子的所述表面进行机械加工，可以简单地制造定子，这里由于避免采用切削机械加工，不仅可以较为简单地制造定子本身，而且由此还可以改进液压凸轮轴调节器的密封性或能较为简单地实现这种密封性。通过所述方法还可以避免出现切屑被带入凸轮轴调节器的流体系统的危险。通过多级地压缩表面实现了，朝定子的芯部层的方向构成密度梯度，所述密度梯度具有从压缩区域到未压缩区域的突变过渡。由此，能够使定子的特性形态更好地与凸轮轴调节器中的要求相适配。此外，当在压缩后进行表面硬化时，逐步地压缩也是有利的。由此能更好地调整硬化的深度，就是说，芯部层能保持未硬化状态并且由此具有相应的韧性，这种韧性对于定子的断裂特性起有利作用。
根据所述方法的一个变型方案可以设定，在一个单一的工作步骤中压缩直齿部、基体沿径向朝向内部的周面以及板条的侧面。由此可以实现缩短定子的加工时间，由此能够降低制造成本。
此外，还可以同时压缩直齿部、基体沿径向朝向内部的周面以及板条的侧面，由此能够进一步改进上面所述的效果。
根据所述方法或定子的另一个实施方案可以设定，在板条和直齿部之间构成毂，在所述毂上设置第二直齿轮，第二直齿轮的直齿部在齿的沿轴向方向的横截面、齿距和模数方面以与所述直齿部相同的几何结构制造或构成。由此，可以与烧结构件同时考虑将定子构造成所谓的拼合齿轮，从而定子的外齿部能无间隙地嵌入另一个与定子处于啮合连接的齿轮中。通过这种无间隙设置可以避免在定子的外齿部的齿上发生撞击。这又对定子外齿部的齿的持续负荷能力起到有利作用，在最简单的情况下的确仅对所述齿进行用于改进构件强度的表面压缩。
但另一方面，也可以在压缩之前或之后对定子的直齿部和定子的板条进行直到深度最大为1.5mm的渗碳硬化，从而直齿部和板条具有至少为500HV 5的表面硬度。由此可以进一步改进构件强度。这里已经证明，最大0.4mm的深度是优选的，因为由此可以更好地保留在定子芯部层中的构件韧性。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面参考附图来详细说明本发明。
其中分别用简化的示意图：
图1示出凸轮轴调节器的一个局部；
图2示出用正视图示出根据图1的凸轮轴调节器的定子和转子；
图3用透视图示出定子和转子的一个实施方案的剖视图；
图4示出根据图3的带有另一个直齿轮的定子和转子。
具体实施方式
首先要确认，在不同地说明的实施形式中，相同的部件具有相同附图标记或相同的构件名称，包含在整个说明书中的公开内容可以合理地转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。同样，在说明中选择的位置表述如上、下、侧等涉及当前说明和示出的附图并且在位置改变时这些位置说明能合理地转用到新的位置。
在图1中示出内燃机1的一个局部。可以看到凸轮轴调节器2和驱动齿轮3。凸轮轴调节器2在其外周上具有直齿部4。驱动齿轮3在外周上同样具有直齿部5。这两个直齿部4、5相互啮合嵌接。
原则上液压凸轮轴调节器2的这种构成是由现有技术已知的，因此不再对此进行详细说明。
凸轮轴调节器2具有定子6和转子7，如更好地由图2示出的那样，在图2中没有示出凸轮轴调节器2端侧的覆盖件8(图1)。
定子6具有环形的基体9，如上所述，所述基体在其外周上具有直齿部4形式的外齿部。在基体9的径向内周面上10并且沿径向突出于内周面构成的板条11。在具体情况下，定子6具有四个板条11。板条11的这个数量不应理解为限制性的。也可以存在更多或更少的板条11。所述板条11在需要时可以设有凹口12或通孔，以便由此使定子6具有更小的重量。板条11沿轴向相互隔开间距地设置在定子6的基体9上。
定子6是整体的烧结构件，就是说因此直齿部4和板条11与基体9构成单一的、整体的烧结构件。
如上所述，省去了覆盖件8(图1)，在定子6的内部设有转子7。转子7同样具有基体13。在该基体13的外周面14上构成或设置叶片15，所述叶片从外周面15开始沿径向向外延伸。在凸轮轴调节器2的组装状态下，这些叶片15设置在定子6的板条11之间。板条11的侧面16这里构成用于转子7的叶片15的止挡面，如图2示出的那样。
转子7的叶片15的数量根据定子6的板条11的数量确定，因此，就是说，在当前的具体情况下存在四个叶片15。
转子7能相对地沿周向旋转运动地设置在定子6的内部，这里通过板条11限定这种可旋转性的路程。
定子6是烧结构件，就是说所述定子用烧结法制成。为此，将金属粉末、例如烧结钢粉末填入模具的型腔中。型腔构造成定子6的负形状。此后，将金属粉末压制成生坯，所述生坯用一个步骤或多个步骤烧结成定子坯件。原理上这种烧结方法已经记载在现有技术中，因此对于涉及烧结方法的其他细节参考现有技术。
在烧结之后，以多个步骤压缩定子坯件，就是说，至少压缩基体9的外直齿部4、径向朝向内部的在板条11之间构成的周面10以及板条11的与周面11邻接的侧面16。此外，不对定子坯件的这些表面或区域进行机械加工，特别是不进行切削机械加工。就是说，利用这种用于制造定子6的方法能够在直齿部4、基体9沿径向指向内部的在板条11之间构成的周面10以及板条11的与周面10邻接的侧面16具有近终型或终型的质量制造定子6，而不需要其他的机械加工(除了压缩以外)。就是说压缩进行到使定子6的所述区域具有希望的最终尺寸。
压缩特别是紧接着烧结马上进行，从而压缩可能仍热的定子坯件。但也可以对定子坯件进行预先的冷却。
所述压缩以多个步骤进行。这里，定子坯件可以被挤压通过多个压缩凹模，这些压缩凹模在制造过程中前后依次设置。这里，压缩凹模的内径/内部尺寸(lichte Weite)逐渐减小、特别是逐步地减小。优选压缩凹模具有恒定的内径。
这里为了完整起见要指出的是，压缩凹模具有与定子坯件的直齿部5相对应的轮廓。
但优选在单一的压缩模具中进行多步骤的压缩，所述压缩模具具有多个部段，这些部段具有逐渐减小的内径。这里可以在压缩凹模内部构成具有恒定内径的多个部段。在压缩定子坯件的直齿部4期间，所述定子坯件在所述方法的这个实施方案中不发生膨胀。
只要利用定子坯件的运动反转通过压缩凹模执行压缩，定子坯件可以在沿运动方向的最后一个方法步骤之后发生膨胀。
为了对基体9的沿径向指向内部的在板条11之间构成的周面10以及板条11的与周面11邻接的侧面16进行多步的压缩，使用相应的杆状的压缩模具，所述压缩模具被导入定子坯件中。多步骤的压缩也可以利用多个这种杆状的压缩模具或利用单一的杆状的压缩模具进行，类似于对直齿部4的压缩，但区别在于，所述多个杆状的压缩模具或所述一个杆状的压缩模具的横截面随着对定子坯件压缩的进行相应地变大。
要指出的是，定子坯件在压缩期间得到支承，例如利用冲头支承。定子坯件可以在压缩期间特别是夹紧在下冲头和上冲头之间。
板条11沿径向指向内部的表面17、就是说板条的径向内表面可以在需要时进行机械的、特别是切削式的后加工，但也可以根据前面记载的方法以近终型、特别是终型质量制造所述表面17。
利用所述方法制造的定子6由于多步压缩至少在直齿部4、基体9沿径向指向内部的在板条11之间构成的周面10以及板条11的与周面10邻接的侧面16的区域内作为机械加工仅进行压缩，其中，在从外表面朝向定子6的芯部层的方向构成密度梯度。定子6的芯部层这里是指这样的区域，该区域具有在坯料在压制粉末之后所具有的密度。换而言之，芯部层从后续的多步压缩结束的位置处开始。
就是说，根据所述方法的一个优选的实施形式，在一个工步中压缩定子的直齿部4、基体9沿径向指向内部的周面10和板条11的侧面16。这对于直齿部4利用所述的具有减小的内径的压缩凹模来进行。周面10和侧面16可以利用具有逐渐增大的外横截面的杆状压缩模具压缩。直齿部4的多步压缩可以在周面10和侧面16的多步压缩之前或之后进行。
这里要指出的是，表述“多步”在仅使用一个压缩凹模或仅使用一个杆状的压缩模具的情况下理解为“多阶段”的含义。
根据所述方法的另一个实施方案可以设定，同时对直齿部4、基体9沿径向指向内部的周面10和板条11的侧面16进行压缩。为此，将定子坯件导入压缩凹模中，并且同时将杆状的压缩模具导入定子坯件中。
在图3和4中示出定子的另一个并且必要时本身独立的实施方案，其中，对于相同部件也使用与前面图1和2中相同的附图标记或构件名称。为了避免不必要的重复，可以参考或参照针对图1和2进行的详细说明。
在定子6的这个实施方案中，直齿部4(图2)沿轴向方向分成两部分的。第一直齿部分18通过前面所述的定子6构成，该定子在这个实施方案中因此仅构成第一定子部分，第二直齿部分19通过另一个直齿轮20构成，该直齿轮构成第二定子部分。第一定子部分除了第一直齿部分18还包括前面说明的周面10和带有侧面16的板条11。周面10和板条11沿轴向方向具有大于第一直齿部分18的长度。
为了将所述另一个直齿轮20设置在第一定子部分上，沿径向方向观察，在板条11和第一直齿部分18之间构成环形的毂21。在用于定子的生坯成型时就已经对该毂加以考虑，就是说因此所述毂同样构成定子部分的一体的组成部分。
所述毂21特别是直接与板条11邻接地构成，就是说，直接沿径向方向直接在板条11的上方构成。
所述另一个直齿轮20具有在直齿部，该直齿部在齿沿轴向方向的横截面上、齿距和模量方面具有相同的几何结构。因此，定子6可以构造成所谓的拼合齿轮，以便实现定子6的齿部与驱动齿轮3(图1)的直齿部5的嵌接的无间隙设置。为此，所述另一个直齿轮20沿周向相对于第一定子部分旋转，从而第一和第二直齿部分18、19沿轴向方向不是重合地设置。另外，所述另一个直齿轮20沿周向相对于第一定子部分预紧，例如借助于所谓的Ω形弹簧预紧，所述Ω形弹簧沿轴向方向设置在第一定子部分和所述另一个直齿轮20之间并且所述Ω形弹簧支承在第一定子部分和所述另一个直齿轮20的相应突起上。齿轮的这种用于实现无间隙设置的构成是由现有技术已知的，对此的细节可以参考所述现有技术。
在定子6的这种两部分式的实施方案中，板条11沿轴向方向优选在定子6沿相同方向观察的整个长度上延伸。
根据所述方法的另一个实施方案可以设定，在多步压缩之前或之后，对直齿部4(或者说两个直齿部分18、19)和定子的板条进行直至深度最大为1.5mm的渗碳硬化，从而所述直齿部和板条具有至少500HV 5的表面硬度。但也可以至少局部地对定子6进行完全硬化。
这些实施例示出或记载了可能的实施方案，这里要指出的是，各个实施方向相互间可以进行各种不同的组合。
为了符合规定，最后还要指出，为了更好地理解定子6或凸轮轴调节器2的结构，定子或凸轮轴调节器不一定是符合比例示出的。
附图标记列表
1 内燃机
2 凸轮轴调节器
3 驱动齿轮
4 直齿部
5 直齿部
6 定子
7 转子
8 覆盖件
9 基体
10 周面
11 板条
12 凹口
13 基体
14 周面
15 叶片
16 侧面
17 表面
18 直齿部分
19 直齿部分
20 直齿轮
21 毂

Claims (8)

1.用于制造用于凸轮轴调节器(2)的定子(6)的方法，其中，制造具有环形的基体(9)的定子(6)，所述基体具有外部的直齿部(4)和从基体(9)的径向内周面(10)沿径向向内突出的、沿基体(9)的周向相互隔开间距的板条(11)，所述方法包括以下步骤：提供用于一体地构成具有直齿部(4)和径向向内突出的板条(11)的基体(9)的模具；将金属粉末填充到所述模具中；将所述粉末挤压成生坯；将生坯烧结成定子坯件；其特征在于，在没有事先的机械加工的情况下，将直齿部(4)、基体(9)沿径向朝向内部的在板条(11)之间构成的周面(10)以及板条(11)与所述周面(10)邻接的侧面(16)以多个步骤压缩到希望的最终尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个工作步骤中压缩直齿部(4)、基体(9)沿径向朝向内部的周面(10)以及板条(11)的侧面(16)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，同时压缩直齿部(4)、基体(9)沿径向朝向内部的周面(10)以及板条(11)的侧面(16)。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在板条(11)和直齿部(4)之间构成毂(21)，在所述毂上设置第二直齿轮(20)，第二直齿轮(20)的直齿部(4)在齿沿轴向方向的横截面、齿距和模数方面以与直齿部(4)相同的几何结构制造。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在压缩之前或之后对定子(6)的直齿部(4)和定子(6)的板条(11)进行直到深度最大为1.5mm的渗碳硬化。
6.用于凸轮轴调节器(2)的定子(6)，所述定子包括环形的基体(9)，所述基体在其外周上具有直齿部(4)并在其内周面(10)具有多个沿径向向内突出的并且相互隔开间距的板条(11)，其特征在于，所述直齿部(4)、基体(9)沿径向朝向内部的在板条(11)之间构成的周面(10)以及板条(11)与所述周面(10)邻接的侧面(16)作为机械加工仅具有压缩加工，其中从表面朝芯部层的方向形成密度梯度。
7.根据权利要求6所述的定子(6)，其特征在于，在直齿部(4)和板条(11)之间构成毂(21)，在所述毂上设置第二直齿轮(20)，第二直齿轮(20)的直齿部(4)在齿的沿轴向方向的横截面、齿距和模数方面具有与所述直齿部(4)相同的几何结构，并且第二齿轮(20)沿轴向相对于所述直齿部(4)偏转并预紧地设置。
8.根据权利要求6或7所述的定子，其特征在于，直齿部(4)和板条(11)具有至少为500HV 5的表面硬度。
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