DE102004026865A1

DE102004026865A1 - Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004026865A1
Application number: DE102004026865A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Ottersbach; Uwe Gottschlig
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2006-05-04
Also published as: WO2005119017A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, in der ein Rotor (3) innerhalb eines Stators (2) angeordnet ist. Die Innenmantelfläche des Stators (2) ist mit Ausnehmungen (5) versehen, in die Flügel (11) hineinragen, die in Flügelnuten (10), welche in den Rotor (3) eingebracht sind, angeordnet sind. Die Ausnehmungen (5) sind als Druckräume ausgeführt, wobei die Flügel (11) die Druckräume in eine erste und eine zweite Druckkammer (12, 13) teilen. Durch Zufuhr von Druckmittel zur ersten bzw. zweiten Druckkammer (12, 13) kann der Rotor (3) relativ zum Stator (2) verstellt werden. Es wird vorgeschlagen, die Flügel (11) nur partiell im Bereich der Belastungszonen zu härten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Stator und einem mindestens eine Nockenwelle antreibenden Rotor, der vom Stator über einen hydraulischen Stellantrieb angetrieben wird, wobei über den Stellantrieb die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der mindestens eine Nockenwelle verändert werden kann und wobei der Stellantrieb zumindest einen Druckraum umfasst, in den ein am Rotor befestigter Flügel eingreift, wobei der Flügel den Druckraum in zwei gegeneinander arbeitende hydraulische Druckkammern trennt.
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Nockenwellen sind in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihnen angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln, anliegen. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfol gern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken ist somit sowohl die Öffnungsdauer als auch Amplitude aber auch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile festgelegt.

Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Ebenfalls wünschenswert ist es auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einstellen zu können. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile abhängig vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.

Die beschriebene Variabilität in der Gaswechselventilzeitensteuerung wird durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewerkstelligt. Dabei steht die Nockenwelle meist über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist eine Vorrichtung zur änderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, im folgenden Nockenwellenversteller genannt, angebracht, der das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nocken welle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.

In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet werden. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassgaswechselventile zeitlich relativ zueinander verschoben und die Ventilzeitüberschneidungen gezielt eingestellt werden.

Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich im allgemeinen am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Er besteht aus einem von der Kurbelwellen angetriebenen, eine feste Phasenbeziehung zu dieser haltendem Antriebsrad, einem nockenwellenfesten Abtriebsteil und einem das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsteil übertragenden Verstellmechanismus. Das Antriebsrad kann als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und ist mittels einer Kette, eines Riemens oder eines Zahnradtriebs mit der Kurbelwelle drehfest verbunden. Der Verstellmechanismus kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden.

Eine weit verbreitete Ausführungsform stellt der sogenannte Rotationskolbenversteller dar. In diesem ist das Antriebsrad drehfest mit einem Stator verbunden. Der Stator und ein Rotor sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Rotor kraft-, form- oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels eines Presssitzes, einer Schraub- oder Schweißverbindung mit einer Nockenwelle, einer Verlängerung der Nockenwelle oder einer Zwischenwelle verbunden ist. Der radiale Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator nimmt mindestens eine, in der Regel aber mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Hohlräume auf. Die Hohlräume sind in axialer Richtung durch Seitendeckel druckdicht begrenzt. In jeden dieser Hohlräume erstreckt sich ein mit dem Rotor verbundener Flügel. Dieser Flügel teilt jeden Hohlraum in zwei Druckkammern. Durch gezieltes Verbinden der einzelnen Druckkammern mit einer Hydraulikmittelpumpe bzw. mit einem Hydraulikmittelauslass kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle eingestellt bzw. gehalten werden.

Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Verstellmotor des Nockenwellenverstellers bzw. den Zu- und den Abfluss von Hydraulikmittel zu den verschiedenen Druckkammern steuert.

Es sind Vorrichtungen zur Veränderung der Steuerzeiten bekannt, bei denen ein Stator drehbar auf einem Rotor gelagert ist. Der Stator und der Rotor werden in axialer Richtung von je einem Seitendeckel begrenzt. In die Innenmantelfläche des Stators sind mehrere Ausnehmungen eingebracht, wobei diese Ausnehmungen als Druckräume ausgeführt sind. D. h., der Rotor, der Stator und die zwei Seitendeckel umschließen die Druckräume druckdicht. In die Außenmantelfläche des Rotors sind axial verlaufende Flügelnuten eingebracht, in welchen jeweils ein Flügel angeordnet ist. Die Flügel erstrecken sich vom Nutgrund in radialer Richtung nach außen. Dabei ist in jedem Druckraum ein Flügel angeordnet. Jeder Flügel trennt einen Druckraum in zwei gegeneinanderwirkende Druckkammern, wobei der Flügel innerhalb des Druckraums frei verschiebbar ist. Mittels eines Steuerventils und Druckmittelleitungen kann jeder Druckraum wahlweise mit einer Druckmittelpumpe oder einem Druckmittelreservoir verbunden werden. Werden nun die Druckkammern die vom jeweiligen Flügel aus gesehen in Antriebsrichtung des Stators liegen mit der Druckmittelpumpe und die anderen Druckkammern mit dem Druckmittelreservoir verbunden so bewegen sich die Flügel innerhalb des Druckraums entgegen der Antriebsrichtung des Stators, wodurch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile auf „spät" verstellt wird. Analog werden der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt der Gaswechselventile bei Umkehr der Druckmittelflussrichtung zu einem frühen Zeitpunkt hin verschoben.

Durch die Beaufschlagung der einzelnen Druckmittelkammern mit Druckmittel wird eine Kraft auf jeden Flügel ausgeübt, die innerhalb der Flügelnut des Rotors auf den Rotor übertragen wird. In folge dessen findet eine hohe Material beanspruchung der Flügel im Bereich der Kontaktpunkte zum Rotor statt. Speziell die Bereiche der Flügel, die an den Kanten und Ecken der Flügelnut anliegen erfahren eine hohe Beanspruchung. Aus Lebensdauergründen ist vorgesehen, dass die Flügel aus einem gehärteten Stahl bestehen. Dabei wird normalerweise zuerst der Flügel aus einem Blechteil geformt und anschließend als Ganzes in einem Härteofen gehärtet.

Neben den hohen Kosten und den hohen Durchlaufzeiten dieses Härteverfahrens besteht die Gefahr, dass sich das Material durch thermisch bedingte Spannungen verzieht. Dies hat zur Folge, dass die Flächen des Flügels, die als Dichtflächen vorgesehen sind, spanend nachbearbeitet werden müssen, wodurch die Herstellung derartiger Flügel immens verteuert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit Flügel zum Einsatz innerhalb einer Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die sowohl kostengünstig zu produzieren als auch langlebig sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Flügel nur partiell gehärtet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Flügel in einer axial verlaufenden Flügelnut, die in die Außenmantelfläche des Rotors eingeformt ist, angeordnet ist und die Bereiche des Flügels gehärtet sind, die sich im montierten Zustand im Bereich der axial verlaufenden Nutkanten der Flügelnut befinden. Alternativ dazu kann der Flügel in einer axial verlaufenden Flügelnut, die in die Außenmantelfläche des Rotors eingeformt ist, angeordnet sein und der Flügel in den Bereichen gehärtet sein, die sich im montierten Zustand im Bereich der axialen Enden der axial verlaufenden Nutkanten der Flügelnut befinden. Weiterhin ist vorgesehen, dass ein vom Rotor abgewandtes Ende des Flügels, welches am Stator anliegt, gehärtet ist. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist ein sich in der Flügelnut befindliches Ende des Flügels gehärtet. In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Flügel von einem Fe derelement, welches zwischen dem Nutgrund der Flügelnut und dem in der Flügelnut befindlichen Ende des Flügels angeordnet ist, mit einer radial nach außen gerichteten Kraft beaufschlagt wird und die Kontaktstelle des Flügels mit dem Federelement gehärtet ist. Vorteilhafterweise wird zum partiellen Härten ein Laserhärteverfahren angewendet.

Wie im Stand der Technik üblich werden bei dieser Erfindung die Flügel durch Schneiden oder Stanzen aus einem Blechmaterial hergestellt. In einem sich an die Formgebung anschließenden Schritt werden mittels eines Laserhärteverfahrens die besonders beanspruchten Stellen des Flügels gehärtet. Dabei können partiell gehärtete Bereiche in Form von Punkten oder Linien in beliebiger Form hergestellt werden. Durch diesen Schritt entfallen konventionelle kostspielige thermische Härteverfahren, bei gleichzeitiger Reduzierung der Taktzeit. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass in dem vorgeschlagenen Verfahren weniger thermische Energie in das Material eingebracht wird, wodurch ein Materialverzug der Flügel vermieden werden kann. Dadurch entfallen die sich sonst üblichen ans Härten anschließenden spanenden Bearbeitungsschritte.

Die zu härtenden Stellen hoher Materialbeanspruchung liegen vornehmlich im Kontaktbereich zwischen Flügel und Rotor bzw. zwischen Flügel und Stator. Dabei sind vor allem die Bereiche zu nennen, die in Kontakt mit den axial verlaufenden Nutkanten der Flügelnut treten. Deshalb wird vorgeschlagen mittels eines Laserhärteverfahrens den Flügel innerhalb dieses linienartigen Bereichs zu härten. Aufgrund von zwischen dem Rotor und dem Flügel in der Flügelnut auftretenden Toleranzen ist davon auszugehen, dass zwischen Flügel und Rotor während des Betriebs der Vorrichtung leichte Verkippungen auftreten können. Deshalb wird in einer alternativen Ausführungsform vorgeschlagen, die in Axialrichtung des Rotors liegenden Stirnseiten des Flügels im Bereich der axial verlaufenden Nutkanten der Flügelnut zu härten. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform tritt hier nicht ein linienförmig zu härtender Bereich sondern lediglich zwei punktförmig zu härtende Bereiche auf, wodurch die Härtetaktzeit weiter gesenkt werden kann.

Weiterhin kann es sich als notwendig erweisen, den Flügel an der Kontaktfläche zum Stator zu härten. Diese Kontaktzone muss möglichst druckdicht ausgeführt werden, um eine Leckage zwischen den Druckkammern zu vermeiden. Aus diesem Grund ist zwischen dem Nutgrund der Flügelnut und dem Flügel selber ein Federelement angeordnet, welches den Flügel radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt. Daraus resultiert neben einer starken Beanspruchung des Flügels an der Kontaktfläche zum Stator auch eine hohe Belastung an der Angriffsfläche der Feder. Um auch hier den Verschleiß so gering wie möglich zu halten wird ebenfalls vorgeschlagen diesen Bereich mittels eines Laserhärteverfahrens zu härten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine gemäß der Linie I-I aus 2,
2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine nach 1 entlang der Linie II-II,
3 eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit Z aus 2,
4, 5 verschiedene Ausführungen partiell gehärteter Flügel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Stator 2 und einem konzentrisch dazu angeordneten Rotor 3. Ein Antriebsrad 4 ist drehfest mit dem Rotor verbunden und in der dargestellten Ausführungsform als Kettenrad ausgeführt. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen des Antriebsrads 4 als Riemen oder Zahnrad. Der Stator 2 ist drehbar auf dem Rotor 3 gelagert, wobei an der Innenmantelfläche des Stators 2 in der dargestellten Ausführungsform fünf in Umfangsrichtung beabstandete Ausnehmungen 5 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen 5 werden in radialer Richtung vom Stator 2 und dem Rotor 3, in Umfangsrichtung von zwei Seitenwänden 6 des Stators 2 und in axialer Richtung durch einen ersten und einen zweiten Seitendeckel 7, 8 begrenzt. Jede der Ausnehmungen 5 ist auf diese Weise druckdicht verschlossen. Der erste und der zweite Seitendeckel 7, 8 sind mit dem Stator 2 mittels Verbindungselementen 9, beispielsweise Schrauben, verbunden.
An der Außenmantelfläche des Rotors 3 sind axial verlaufende Flügelnuten 10 ausgebildet, wobei in jeder Flügelnut 10 ein sich radial erstreckender Flügel 11 angeordnet ist. In jede Ausnehmung 5 erstreckt sich ein Flügel 11, wobei die Flügel 11 in radialer Richtung am Stator 2 und in axialer Richtung am ersten und zweiten Seitendeckel 7, 8 anliegen. Jeder Flügel 11 unterteilt eine Ausnehmung 5 in zwei gegeneinander arbeitende Druckkammern 12, 13. Um ein druckdichtes Anliegen der Flügel 11 am Stator 2 zu gewährleisten, sind zwischen den Nutgründen 14 der Flügelnuten 10 und den Flügeln 11 Federelemente 15 angebracht, die den Flügel 11 in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagen.
Mittels ersten und zweiten Druckmittelleitungen 16, 17 können die ersten und zweiten Druckkammern 12, 13 über ein nicht dargestelltes Steuerventil mit einer ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelpumpe oder einem ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelreservoir verbunden werden. Dadurch wird ein Stel lantrieb 18 ausgebildet, der eine Relativverdrehung des Stators 2 gegenüber dem Rotor 3 ermöglicht. Dabei ist vorgesehen, dass entweder alle ersten Druckkammern 12 mit der Druckmittelpumpe und alle zweiten Druckkammern 13 mit dem Druckmittelreservoir verbunden werden bzw. die genau entgegen gesetzte Konfiguration. Werden die ersten Druckkammern 12 mit der Druckmittelpumpe und die zweiten Druckkammern 13 mit dem Druckmittelreservoir verbunden, so dehnen sich die ersten Druckkammern 12 auf Kosten der zweiten Druckkammern 13 aus. Daraus resultiert eine Verschiebung der Flügel 11 in Umfangsrichtung, in der durch den Pfeil 19 dargestellten Richtung. Durch das Verschieben der Flügel 11 wird der Rotor 3 relativ zum Stator 2 verdreht.
Der Stator 2 wird in der dargestellten Ausführungsform mittels eines an seinem Antriebsrad 4 angreifenden, nicht dargestellten Kettentrieb von der Kurbelwelle angetrieben. Ebenso denkbar ist der Antrieb des Stators 2 mittels eines Riemen- oder Zahnradtriebs. Der Rotor 3 ist kraft-, form- oder stoffschlüssig, beispielsweise mittels Presssitz oder durch eine Schraubverbindung mittels einer Zentralschraube, mit einer nicht dargestellten Nockenwelle verbunden. Aus der Relativverdrehung des Rotors 3 relativ zum Stator 2, als Folge des Zu- bzw. Ableitens von Druckmittel zu bzw. aus den Druckkammer 12, 13, resultiert eine Phasenverschiebung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle. Durch gezieltes Ein- bzw. Ableiten von Druckmittel in die Druckkammern 12, 13 können somit die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine gezielt variiert werden.
Die Druckmittelleitungen 16, 17 sind in der dargestellten Ausführungsform als im wesentlichen radial angeordnete Bohrungen ausgeführt, die sich von einer Zentralbohrung 20 des Rotors 3 zur dessen äußerer Mantelfläche erstrecken. Innerhalb der Zentralbohrung 20 kann ein nicht dargestelltes Zentralventil angeordnet sein, über welches die Druckkammern 12, 13 gezielt mit der Druckmittelpumpe bzw. dem Druckmittelreservoir verbunden werden können. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, innerhalb der Zentralbohrung 20 einen Druckmittelverteiler anzuordnen, der die Druckmittelleitungen 16, 17 über Druckmittelkanäle und Ringnuten mit den Anschlüssen eines extern angebrachten Zentralventils verbindet.
Die im wesentlichen radial verlaufenden Seitenwände 6 der Ausnehmungen 5 sind mit Ausformungen 21 versehen, die in Umfangsrichtung in die Ausnehmungen 5 hineinreichen. Die Ausformungen 21 dienen als Anschlag für die Flügel 11 und gewährleisten, dass die Druckkammern 12, 13 mit Druckmittel versorgt werden können, selbst wenn der Rotor 3 eine seiner Extremstellungen relativ zum Stator 2 einnimmt, in denen die Flügel 11 an einer der Seitenwände 6 anliegen.
Bei ungenügender Druckmittelversorgung der Vorrichtung 1, beispielsweise während der Startphase der Brennkraftmaschine, wird der Rotor 3 aufgrund der Wechselmomente die die Nockenwelle auf diesen ausübt unkontrolliert relativ zum Stator 2 bewegt. In einer ersten Phase drängen die Wechselmomente der Nockenwelle die Flügel 11 in die Richtung entgegen der Drehrichtung 17, bis diese an den Seitenwänden 6 anschlagen. Weiterhin führen die in der Richtung schnell wechselnden Momente, die die Nockenwelle auf den Rotor 3 ausübt zu einem Hin- und Herschwingen des Rotors 3 und damit der Flügel 11 in den Ausnehmungen 5. Diese Phänomene führen zu einem höheren Verschleiß und zu einer höheren Geräuschentwicklung der Vorrichtung 1. Um diese Effekte zu verhindern ist in der Vorrichtung 1 ein Verriegelungselement 22 angebracht. Dazu ist in einer Axialbohrung 23 ein Kolben 24 angeordnet, welcher durch eine Feder 25 in axialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Die Feder 25 stützt sich in axialer Richtung auf der einen Seite an einer Entlüftungselement 26 ab und ist mit ihrem davon abgewandten axialen Ende innerhalb des topfförmig ausgeführten Kolbens 24 angeordnet. Innerhalb des ersten Seitendeckels 7 ist eine Kulisse 27 derart angeordnet, dass der Kolben 24 bei ungenügender Druckmittelversorgung der Vorrichtung 1 mittels der Feder 25 in die Kulisse 27 gedrängt wird, wenn der Rotor 3 relativ zum Stator 2 eine Position einnimmt, die der Position entspricht die die beiden Bauteile zueinander während der Startphase der Brennkraftmaschine einnehmen. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um den Kolben 24 bei ausreichender Versorgung der Vor richtung 1 mit Druckmittel in die Axialbohrung 23 zurückzudrängen und damit die Verriegelung aufzuheben. Dies wird üblicherweise mit Druckmittel bewerkstelligt, welches über nicht dargestellte Druckmittelleitungen in eine Aussparung 28 geleitet wird, welche am deckelseitigen Stirnende des Kolbens 24 ausgebildet ist. Um Leckageöl aus dem Federraum der Axialbohrung 23 ableiten zu können ist das Entlüftungselement 26 mit axial verlaufenden Nuten versehen, entlang derer das Druckmittel zu einer Bohrung im zweiten Seitendeckel 8 geleitet werden kann.
In 2 und 3 ist die Anordnung der Flügel 11 innerhalb der Flügelnut 10 dargestellt. Werden nun die ersten oder die zweiten Druckkammern 12, 13 mit Hydraulikmittel beaufschlagt, so wird ein erster Bereich 29 des Flügels 11 gegen die axial verlaufende Nutkante 30 der Flügelnut 10 gepresst, wodurch dieser erste Bereich 29 starken Belastungen ausgesetzt ist.
Zwischen dem Nutgrund 14 der Flügelnut 10 und einer innerhalb der Flügelnut 10 angeordneten ersten Stirnfläche 31 des Flügels 11 ist ein Federelement 15 angeordnet. Das Federelement 15 ist vorteilhafterweise als Blattfeder ausgebildet, wobei es sich am Nutgrund 14 der Flügelnut 10 abstützend, die erste radiale Stirnfläche 31 des Flügels 11 mit einer radial gerichteten Kraft beaufschlagt. Auch diese erste Stirnfläche 31 ist großen Belastungen ausgesetzt. Die Beaufschlagung des Flügels 11 mit einer radial gerichteten Kraft hat zur Folge, dass dieser mit einer zweiten radialen Stirnfläche 32 gegen den Stator 2 gepresst wird. Die zweite radiale Stirnfläche 32, die auf der von der ersten Stirnfläche 31 abgewandten Seite des Flügels 11 ausgebildet ist, erfährt durch die Anpresskraft ebenfalls eine hohe Belastung. Um die Lebensdauer der Flügel 11 und damit der Vorrichtung 1 zu erhöhen werden die Flügel 11 gehärtet. Dies wird üblicherweise mittels eines thermischen Härtungsprozesses, beispielsweise durch das Durchlaufen eines Härteofens bewerkstelligt. Neben den hohen Durchlaufzeiten und den hohen Kosten dieses Verfahrens führt der Eintrag thermischer Energie zu einem Verzug des Materials der Flügel 11, wodurch speziell die die Druckkammern 12 und 13 abdichtenden Seitenwände der Flügel 11 spanend nachbearbeitet werden müssen. Deshalb wird vorgeschla gen, dass die Flügel 11 nur partiell in den belasteten Bereichen gehärtet werden.
Dies ist in den 4 und 5 dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils einen Flügel 11, wobei nur bestimmte Bereiche des Flügels 11 gehärtet sind. 4 zeigt eine Ausführungsform in der die erste und zweite Stirnfläche 31, 32 gehärtet ist. Weiterhin ist ein linienförmiger Bereich gehärtet, welcher dem ersten Bereich 29 entspricht, der im montierten Zustand des Flügels 11 an der axial verlaufenden Nutkante 30 der Flügelnut 10 anliegt. Da bei Umkehr der Druckverhältnisse in den Druckkammern 12, 13 die Belastung an der gegenüberliegenden Seitenwand des Flügels 11 auftritt ist der Flügel 11 beidseitig im ersten Bereich 29 gehärtet.
Eine zweite Ausführungsform des Flügels 11 ist in 5 dargestellt. Hier sind ebenfalls die erste und zweite Stirnfläche 31, 32 gehärtet. Zusätzlich sind nur die Abschnitte 33 des ersten Bereichs 29 gehärtet, welche im montierten Zustand an den axialen Enden der axial verlaufenden Nutkanten 30 der Flügelnut 10 anliegen. Der Flügel 11 ist im Normalfall mit einem gewissen Spiel innerhalb der Flügelnut 10 angeordnet. Im Betrieb führt dies dazu, dass der Flügel 11 leicht um eine radial relativ zum Rotor 3 verlaufende Achse verkippt wird. In Folge dessen liegen nur die Abschnitte 33 an den Nutkanten 30 der Flügelnut 10 an. Dieses partielle Härten kann beispielsweise mittels Laserhärtung vorgenommen werden. Dabei können beliebig geformte Bereiche des Flügels 11 gehärtet werden.
Neben einer Verringerung der Taktzeit und der Kosten führt der geringere Wärmeeintrag während des Härtevorgangs dazu, dass der Flügel 11 nach dem Härtevorgang nicht mehr spanend nachbearbeitet werden muss.

1: Vorrichtung
2: Stator
3: Rotor
4: Antriebsrad
5: Ausnehmungen
6: Seitenwand
7: erster Seitendeckel
8: zweiter Seitendeckel
9: Verbindungselement
10: Flügelnut
11: Flügel
12: erste Druckkammer
13: zweite Druckkammer
14: Nutgrund
15: Federelement
16: erste Druckmittelleitung
17: zweite Druckmittelleitung
18: Stellantrieb
19: Pfeil
20: Zentralbohrung
21: Ausformungen
22: Verriegelungselement
23: Axialbohrung
24: Kolben
25: Feder
26: Entlüftungsvorrichtung
27: Kulisse
28: Aussparung
29: erster Bereich
30: Nutkante
31: erste Stirnfläche
32: zweite Stirnfläche
33: Abschnitt

Claims

Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit – einem von der Kurbelwelle (3) angetriebenen Stator (2) und – einem mindestens eine Nockenwelle (4) antreibenden Rotor (3), – der von dem Stator (2) über einen hydraulischen Stellantrieb (18) angetrieben wird, – wobei über den Stellantrieb (18) die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle (3) und der mindestens einen Nockenwelle (4) verändert werden kann und – wobei der Stellantrieb (18) zumindest einen Druckraum umfaßt, – in den ein am Rotor (3) befestigter Flügel (11) eingreift, – wobei der Flügel (11) den Druckraum in zwei gegeneinander arbeitende hydraulische Druckkammern (12, 13) trennt, dadurch gekennzeichnet, dass – der Flügel (11) nur partiell gehärtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Flügel (11) in einer axial verlaufenden Flügelnut (10), die in die Außenmantelfläche des Rotors (3) eingeformt ist, angeordnet ist und – die Bereiche (29) des Flügels (11) gehärtet sind, die sich im montierten Zustand im Bereich der axial verlaufenden Nutkanten (30) der Flügelnut (10) befinden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Flügel (11) in einer axial verlaufenden Flügelnut (10), die in die Außenmantelfläche des Rotors (3) eingeformt ist, angeordnet ist und – der Flügel (11) in den Abschnitten (33) gehärtet ist, die sich im montierten Zustand im Bereich der axialen Enden der axial verlaufenden Nutkanten (30) der Flügelnut (10) befinden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Rotor (3) abgewandtes Ende des Flügels (11), welches am Stator (2) anliegt, gehärtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich in der Flügelnut (10) befindliches Ende des Flügels (11) gehärtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der Flügel (11) von einem Federelement (15), welches zwischen dem Nutgrund (14) der Flügellnut (10) und dem in der Flügelnut (10) befindlichen Ende des Flügels (11) angeordnet ist, mit einer radial nach außen gerichteten Kraft beaufschlagt wird und – die Kontaktstelle des Flügels (11) mit dem Federelement (15) gehärtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserhärteverfahren angewendet wird.